दुलियाजान आज से १००-१५० साल पहले घने जंगलों से घिरा हुआ एक इलाका था. यहाँ दिहिंग नदी के दोनों ओर दिहिंग वनांचल हुआ करता था. आहोम राजा जो की स्वर्गदेव भी कहलाते थे, बड़े शिकार प्रिय थे. वे अपनी शिवसागर स्थित राजधानी रंगपुर और गड़गाँव से इस इलाके में शिकार के लिए आते थे. स्वर्गदेव यहाँ आने के लिए नाव के द्वारा पहले तो दिखौ नदी से ब्रह्मपुत्र नदी और फिर ब्रह्मपुत्र से दिहिंग नदी में धारा के विपरीत यात्रा करते थे. इस यात्रा में दुलियाजान से सटे स्थान टिपलिंग घाट में वे अपना पड़ाव डालते थे. यहीं नदी की धारा के करीब "दुलिया" यानी की कहार अथवा पालकी ढोने वाले, स्वर्गदेवों का पथप्रदर्शन किया करते थे. जब यहाँ तेल नगरी बसाने का निर्णय लिया गया तभी इन्ही नदी की धारा "जान" के समीप रहने वाले "दुलिया" यानी की कहारों के सम्मान में इस जगह का नाम दुलियाजान पडा. 

एक अन्य कथा के मुताबिक, अहोम के एक राजा सुहाँफा को एक षड़यंत्र से मार डाला गया. उसकी मृत्यु के पश्चात् उसका पुत्र सुपिन्हा उत्तराधिकारी चुना गया. सुपिन्हा को बाद में पता चला की उसके पिता की मृत्यु के पीछे उनके ही मंत्री लातुरबन और उसके पुत्र मुख्य षड़यंत्रकारी थे. स्वर्गदेव सुपिन्हा ने मंत्री लातुरबन और उसके पुत्रों की इस बर्बर कांड के लिये उन्हें मृत्युदंड दिया और उनके सर कलम कर देने का आदेश दिया. मंत्री लातुरबन और उसके पुत्रों को सज़ा के लिए अहोमों की राजधानी से दूर स्थान की एक छोटी नदी के किनारे लाया गया और सज़ा दी गयी. दूर स्थित जान अर्थात छोटी नदी के कारण इस नदी का नाम दुरियाजान पड़ गया. 

बाद में अहोम की एक उप-जाति "दुलियाखेल" दुरियाजान नदी के किनारे बसने लगे. अपने जाति के नाम के अनुरूप उन्होंने दूरियाजान नदी को दुलियाजान कहना शुरू कर दिया और बाद में पूरी जगह का नाम ही दुलियाजान पड़ गया. यह नदी आज भी दुलियाजान के पास ही बसे एक जगह कछारीपथार में स्थित है. 

इस खूबसूरत तेल नगरी का नाम दुलियाजान कब से पडा, इसका कोई ठोस और अधिकारिक तथ्य उपलब्ध नहीं है. लेकिन डिगबोई तेल क्षेत्र के तेल उत्खनन कम्पनी "असम तेल निगम" (ए.ओ.सी) और बर्मा आयल कम्पनी (बी.ओ.सी) के कई जानकारों ने इस स्थान को दुलियाजान के नाम से उल्लेख किया है. १ जनवरी १९६२ में दुलियाजान में "आयल इन्डिया लिमिटेड" ने अनुष्ठानिक रूप से अपने मुख्यालय की स्थापना की, जहाँ से तेल की खोज, खनन और इससे जुड़े कार्य संचालन होने लगे. एक और तथ्य ये भी है की दुलियाजान जहाँ पर है उस अंचल को पहले नाहरकटिया में रहने वाले जॉलोनी के नाम से बुलाते थे. 

दुलियाजान में आयल इन्डिया लिमिटेड (OIL) की स्थापना से लखीमपुर जिले (जो पहले ब्रह्मपुत्र के दक्षिण में डिब्रूगढ़ और तिनसुकिया और उत्तर में लखीमपुर और धेमाजी जिले को समेटे था), में पेट्रोलियम उद्योग में एक नए युग का सूत्रपात हुआ. स्थापना से अब तक यह तेल नगरी तेजी से विकास कर रहा है और राज्य और राष्ट्र दोनों के अर्थतंत्र की मजबूती में महत्वपूर्ण भूमिका निभा रहा है.

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