Forte dell'appoggio dell'allora Governo, Mattei promosse e al fine ottenne l'istituzione dell'Ente, di cui assunse subito la carica di presidente. La legge istitutiva concedeva all'Eni il monopolio nella ricerca e produzione di idrocarburi nell'area della Pianura Padana; al nuovo ente fu attribuito il controllo di Agip, Anic (Azienda Nazionale Idrogenazione Carburanti, istituita nel 1936 per l'idrogenizzazione del carbone e la produzione di fertilizzanti), Snam e di altre società minori, configurandosi così come un gruppo petrolifero-energetico integrato che potesse garantire lo sfruttamento delle risorse energetiche italiane. I proventi garantiti dal monopolio del gas metano hanno permesso all'Eni di finanziare i propri investimenti, anche molto ingenti.
Con il decreto legge dell'11 luglio 1992, n.333, convertito con legge 8 agosto 1992, n.359, l'Ente Nazionale Idrocarburi da ente di diritto pubblico è stato trasformato in società per azioni, assumendo la denominazione di ENI S.p.A. Successivamente, negli anni dal 1995 al 2001, lo Stato italiano ha venduto in cinque fasi parte consistente del capitale azionario.
Durante gli anni '50 l'Eni sviluppò la rete di gasdotti, che permise lo sfruttamento del metano sia per uso residenziale che per uso industriale; la rete di distributori di benzina, che seguì lo sviluppo della rete autostradale e fu coadiuvata dalle aree di servizio e dai "motel Agip"; l'immagine dell'Agip, grazie alle campagne pubblicitarie incentrate sul logo del "Cane a sei zampe", introdotto già nel 1952. Grande attenzione fu anche data alla chimica, con la costruzione del polo petrolchimico di Ravenna, che andò ad intaccare il monopolio della Montecatini nei fertilizzanti.
Inoltre, l'Eni contribuì alla nascita del quotidiano Il Giorno. All'interno dell'ente, di grande importanza anche politica fu l'Ufficio Studi e Relazioni pubbliche, affidato a Giorgio Fuà e Giorgio Ruffolo, che effettuava ricerche e previsioni sull'evoluzione del mercato dell'energia.
I crescenti consumi petroliferi dell'Italia costrinsero l'Eni a rivolgersi all'estero per garantire al paese gli approvvigionamenti. Soprattutto nei paesi esportatori del Medio Oriente l'Eni concluse contratti molto favorevoli per i produttori. Fin dai suoi primi anni l'Eni puntò con decisione sull'Africa, dove, oltre a concludere accordi per le ricerche, realizzò raffinerie e reti distributive. Furono strategicamente importanti per l'Eni le competenze ingegneristiche delle sue controllate Snamprogetti e Saipem: la progettazione e realizzazione di oleodotti e raffinerie furono spesso inserite come contropartita negli accordi per la ricerca e lo sfruttamento di giacimenti petroliferi.

Ma già dal 1953 l'Eni allargò il suo campo di attività dal settore degli idrocarburi a quello metalmeccanico, acquisendo il Nuovo Pignone di Firenze, che produceva compressori ed altri macchinari industriali, e si sarebbe rivelato poi strategicamente importante per la costruzione di pompe di benzina. Nel 1962 l'Eni acquisì l'azienda tessile Lanerossi, anch'essa in condizioni economiche precarie. Nel 1982 assorbì le aziende SIR, Rumianca e Euteco del gruppo Rovelli.
Enrico Mattei fu contemporaneamente presidente anche delle principali società controllate, e, fino alla presidenza di Eugenio Cefis, il presidente dell'Eni è stato anche presidente delle caposettore, mantenendo un elevato grado di controllo sulle diverse attività.
Prima della privatizzazione l'Eni era strutturato come una holding che controllava le diverse "caposettore" che presiedevano alle diverse attività. Nel 1991 la struttura del gruppo Eni era la seguente: Agip (fino al 1997) ed Agip Petroli, che controllavano rispettivamente il settore dell'estrazione e quello della raffinazione di idrocarburi; Snam, che si occupava del trasporto e della commercializzazione (tramite Italgas) del gas; Anic (fino al 1983), poi Enichem, caposettore per la petrolchimica e la chimica; Snamprogetti e Saipem, specializzate nell'impiantistica e nell'ingegneria; Nuovo Pignone, azienda impiantistica e meccanica che controllava altre società meccaniche minori, ceduta dall'Eni nel 1992; Lanerossi, azienda tessile controllata dall'Eni tra il 1962 ed il 1986, che a sua volta controllava varie altre aziende tessili; Samim S.p.A., caposettore per il settore minerario-metallurgico, costituita nel 1978 e dal 1991 denominata Enirisorse.
L'Eni operava anche nell'editoria (Il Giorno), nei combustibili nucleari (Agip Nucleare), nella farmaceutica (Recordati, Sclavo) e nel settore turistico-alberghiero (catena dei motel Agip) risultando così una delle compagnie petrolifere più grandi al mondo, ma anche tra le più diversificate.
Dopo l'avvio della privatizzazione, avvenuta a partire dal 1995, l'Eni si diede una struttura più "snella": Agip e Snam furono assorbite dall'Eni Spa, che si organizzò in tre divisioni. Molte attività considerate non strategiche furono cedute.
Come società per azioni l'Eni si è dato una governance simile a quella di altre aziende private, con un Consiglio di amministrazione di nove membri ed un amministratore delegato. Nonostante la sua discesa nel capitale, il Ministero dell'Economia conserva il potere di nominare la maggior parte dei membri del consiglio.