合成润滑油，是润滑油的一种，使用于内燃机润滑时或称合成机油，指全部或部分使用合成基础油作为配方中的基础油的润滑油，通常与矿物精炼润滑油相对。
1930年代，德国法本公司化学家Dr. Hermann Zorn开始研究具有天然石化油特性，但在低温环境不易结冻的润滑油，他的研究结果导致1930年代末和1940年代初3500多种酯被制造出来，包括双基酸酯、多元醇酯和乙酸异戊酯。二战期间，纳粹德国空军由于原油来源的缺乏及性能需求，在部分飞机发动机使用己二酸酯与聚合的烯烃/乙烯混合的合成润滑油。1944年3月起，美国陆军航空队由于冬天较易启动、及大幅减少了油冷排中的油泥沉积，亦在部分飞机发动机使用以聚乙二醇为主的合成润滑油。
嘉实多（Castrol）公司和美孚（Mobil）公司关于何谓"合成"润滑油的商务论战。起因1995年国际汽车工程师学会（SAE）从其Information Report J357文件中删除了关于"合成"润滑油的物理及化学定义，美国石油学会（API）亦从其API 1509文件中删除了原本将"合成"基础油定义为API Group IV/V的描述。嘉实多从1998年起在其内燃机润滑油产品配方中使用氢化裂解（Hydrocracked）工艺制成的API Group III基础油代替原来配方中的PAO（聚a-烯烃）基础油，并宣称其产品为"合成"润滑油，而触犯美孚当时作为世界上最大的PAO基础油供应商的利益因而引起争端。作为最大的PAO基础油制造商，美孚认为只有使用PAO或酯类基础油才能称为"合成"润滑油，而嘉实多的产品仅仅是矿物油的变种，美孚向商业促进局（Better Business Bureau）所属的全国广告司（National Advertising Division）投诉嘉实多从事虚假广告。嘉实多则反驳1995年SAE和API都删除了其文件中关于"合成"润滑/基础油的定义。1999年3月，商业促进局所属的全国广告司裁定嘉实多未欺骗消费者，嘉实多赢得实际上的胜利。自此使用API Group III作为基础油的润滑油在除德国之外大部分国家可商业宣传为"合成"润滑油。而进入21世纪后，美孚亦开始在其部分合成润滑油产品中加入API Group III基础油（即美孚MSDW或AGC-21基础油），作为全合成（部分美孚1号、Super Synthetic）或半合成润滑油产品销售。
1973至1990年，荷兰皇家壳牌公司研发出以费托合成（Fischer–Tropsch process）制成的气转液（Gas to liquids,GTL）基础油，称为Shell Middle Distillate Synthesis（SMDS）制程，API基础油分类为Group III，成本远低于PAO，且大部分的性能介于传统API Group III与PAO之间。1980年代起美孚亦研发了类似的AGC-21制程基础油。
