汽車油箱的結構比較復雜。

油箱主要由加油管、箱體、汽油箱蓋、汽油表和汽油泵等組成。

根據燃料不同，分為汽油箱和柴油箱；根據結構不同，有咬合罐、鋁合金罐、CO2 焊接罐等多種類型。

現在金屬油箱逐漸被塑料油箱取代，塑料油箱能適應更復雜車身機構，提高空間利用率。

油箱內部有隔板，能防止燃油飛濺，增加結構剛性。

上部設有油表傳感器、進油口、加油口、暖風進油口、通氣孔和油箱蓋，底部設有放油塞。

有些油箱還有重力閥，沒通氣孔。

汽油箱蓋通常設計成卡爪式，由波狀片彈簧所壓橡膠墊片將汽油箱口周緣夾住保證密封，還有死鎖裝置防止脫落丟失。

油箱蓋上有空氣閥和蒸氣閥，也稱復合閥門，能平衡油箱內氣壓。

汽油車型油泵位于油箱內，轉子機構運轉靠汽油降溫，所以油泵要被汽油浸泡。還有個浮子漂浮在油面，與油位感應器相連，把油量情況傳遞給油表。

柴油車油泵獨立工作，有專門冷卻系統降溫，油箱只裝油料，可比汽油車型低油位行駛，但也不建議長時間這樣。

油箱形狀一般上大下小，不規則，為迎合車架等結構最大化容積。

油表顯示依據油面液位高度和油量傳感器，上半油箱容積大，液面下降慢，下半油箱容積小，液面下降快，所以感覺下半箱油不耐用。

溫度也會影響油表顯示，汽油受熱膨脹會使油量顯示虛高。