نجح في فك شفرات الحياة النفطية منذ يومه الأول في وزارة البترول، ووضع محافظة السعودية على حصصها السوقية في القطاع النفطي هدفه الذي لا يحيد عنه، فمنذ مطلع الثمانينات كرس نفسه للعمل في القطاع النفطي متنقلا في وزارة البترول آنذاك بين مناصب مستشار للوزير ووكيل وزارة البترول ووكيل الشؤون البترولية ومساعد الوزير ونائب الوزير ووزير الدولة لشؤون الطاقة إلى أن أصبح وزير الطاقة.

شغل الأمير عبدالعزيز بن سلمان منصب نائب وزير البترول والثروة المعدنية منذ عام 2015م، وعمل مساعداً لوزير البترول والثروة المعدنية لشؤون البترول خلال الفترة (2004م - 2015م)، ووكيلاً لوزارة البترول والثروة المعدنية لشؤون البترول خلال الفترة (1995م - 2004م)، ومستشاراً لوزير البترول والثروة المعدنية خلال الفترة (1987م - 1995م)، كما شغل منصب مدير إدارة الدراسات الاقتصادية والصناعية بمعهد البحوث في جامعة الملك فهد للبترول والمعادن خلال الفترة (1985م - 1987م)، والأمير عبدالعزيز عضو في اللجنة العليا لشؤون المواد الهيدروكربونية، وعضو في مجلس إدارة مدينة الملك عبدالعزيز للعلوم والتقنية، ومجلس إدارة مدينة الملك عبدالله للطاقة الذرية والمتجددة.

كما شارك في مؤتمرات منظمة أوبك منذ عام 1987م، ومعظم أنشطة منظمة أوبك. وترأس الفريق المشكل بوزارة البترول والثروة المعدنية للإشراف على الدعاوى المرفوعة أمام المحاكم الأمريكية ضد شركة أرامكو السعودية والشركات التابعة لها في الولايات المتحدة الأمريكية، والقضايا المرفوعة ضد منظمة أوبك.

وترأس الأمير عبدالعزيز بن سلمان الجانب السعودي في اللجنة السعودية الكويتية لبحث مستقبل تطوير المنطقة المقسومة والمنطقة المغمورة المحاذية للمنطقة المقسومة، وخلال فترة عمله في وزارة الطاقة، شغل عضوية فريق التفاوض السعودي المعنى بانضمام المملكة لمنظمة التجارة العالمية، إضافة إلى رئاسته الفريق الفرعي المعنى بالتفاوض مع الجانبين الأوروبي والأمريكي للوصول إلى اتفاق بشأن أسعار سوائل الغاز الطبيعي المستخدم في الصناعات المحلية في المملكة، ووضع الشركات والمؤسسات الحكومية التي تتعامل بالتجارة، حيث أسهم في إنجاز انضمام المملكة لمنظمة التجارة العالمية، والمحافظة على مكتسبات الصناعة الوطنية إضافة إلى متابعته قضايا الطاقة المتعلقة بمنظمة التجارة العالمية لحماية مصالح المملكة. وكذلك رئاسة الفريق المعنى بقضايا الدعم والإغراق للتفاوض مع الدول المعنية بقضايا الدعم والإغراق، ونتج عن ذلك صدور قرارات بإنهاء عدد من القضايا المرفوعة من قبل عدد من الدول ضد صادرات المملكة من البتروكيماويات بشكل رسمي. ويرأس الأمير عبدالعزيز اللجنة التنفيذية لحوكمة تعديل أسعار منتجات الطاقة والمياه، والتي تهدف إلى مراجعة الحاجة لتعديل أسعار أي من منتجات الطاقة والمياه بشكل دوري ومستويات التعديل، إضافة إلى عضوية وزير الدولة لشؤون الطاقة للعديد من اللجان الدولية، فالأمير يرأس اللجنة الوطنية السعودية لمجلس الطاقة العالمي، وعضو في مجلس المحافظين لمعهد اكسفورد لدراسات الطاقة، كما أنه عضو نادي اكسفورد لدراسات الطاقة، وعضو الجمعية الدولية لاقتصاديات الطاقة، كما أنه الرئيس الشرفي لجمعية الاقتصاد السعودية، وعضو مجلس الإدارة والمشرف على جمعية الأمير فهد بن سلمان الخيرية لرعاية مرضى الفشل الكلوي. وقد حصل على درجة البكالوريوس في الإدارة الصناعية من جامعة الملك فهد للبترول والمعادن في الظهران عام 1982م، وعلى درجة الماجستير في إدارة الأعمال من جامعة الملك فهد للبترول والمعادن في الظهران عام 1985م.