El ONP está compuesto por tres grandes tramos:
Tramo I
El ONP inicia su recorrido en la Estación 1, en San José de Saramuro (Loreto), a orillas del río Marañón, a unos 200 kilómetros al sureste de Iquitos. Luego continúa hacia el oeste, en plena selva, a lo largo del río Marañón, hasta la Estación 5. El 85% de los 306 kilómetros de la tubería de 24 pulgadas que abarca el Tramo I se ubica en el fondo de un canal o zanja de flotación (llamado también canal de contención), y la longitud restante se encuentra enterrada.
Tramo II
De la Estación 5, que es punto de confluencia con el Oleoducto Ramal Norte (ORN), el ONP continúa en dirección suroeste, hasta la Estación 6, en Kuzu Grande, distrito de Manseriche, provincia de Alto Amazonas. Sigue en forma paralela a la carretera, que va de la localidad de Mesones Muro hasta Bagua, en la región Amazonas, donde se localiza la Estación 7. En dirección suroeste llega a la Estación 8, en las inmediaciones del poblado Playa Azul, distrito de Pucará, provincia de Jaén, región Cajamarca. En dicho punto, el ONP cambia a dirección noroeste, hasta la Estación 9, que es la última estación de bombeo, y desde ahí inicia su ascenso hacia la cordillera de los Andes, a la que cruza en el Paso de Porculla, a una altura de 2,390 metros sobre el nivel del mar. En este lugar comienza su descenso hacia el Terminal Bayóvar, atravesando el desierto de Sechura, en la región Piura.
Ramal Norte
El Ramal Norte hizo factible el transporte del petróleo crudo que se extrae de los campos petrolíferos del lote 192 (anteriormente lote 1AB). Inicia su recorrido en la Estación Andoas y sigue en dirección suroeste, atravesando los ríos Pastaza, Huazaga y Huituyacu, hasta el cruce del río Morona. Ahí se localiza la estación de bombeo del mismo nombre. Siempre en dirección suroeste, cruza el río Marañón y continúa, por terreno plano y seco, hasta el cruce del río Saramiriza, llegando en su recorrido final a la Estación 5 del ONP.
