Avtalen har en verdi på 2,25 milliarder dollar, opplyser selskapet i en børsmelding mandag.
Shah Deniz-feltet ble funnet i 1999.
Det ligger i dypvannsområdet av Det kaspiske hav.
Gass og kondensat
Feltet produserer gass og kondensat tilsvarende omkring 225.000 fat oljeekvivalenter per dag.
I salget inngår også eierandeler knyttet til Sør-Kaukasus-rørledningen.
– Statoil har skapt betydelig verdi ved å delta i utviklingen av dette feltet gjennom årene og er fornøyd med å ha inngått denne avtalen med Petronas, sier Lars Christian Bacher, konserndirektør for utvikling og produksjon internasjonalt i Statoil.
Tredje salg
Opprinnelig hadde Statoil en andel på 25,5 prosent i Shah Deniz, der BP er operatør.
I fjor solgte selskapet 10 prosent til BP (3,3 prosent) og aserbajdsjanske SOCAR (6,7 prosent). Salgsprisen for andelen i fjor endte på 9 milliarder kroner.
– Etter salget satser vi videre på virksomheten vår i Aserbajdsjan, som fortsatt spiller en viktig rolle i Statoils internasjonale portefølje, sier Bacher.
Les også:
Statoil skal kutte 500 stillinger
– Statoils sparemodus kan gjøre Lundin til operatør på Sverdrup
