A computational approach is presented to the problem of process plant layout optimization of an FPSO, aiming to obtain lower capital expenditure as well as comply with operability, maintainability and safety requirements. This approach comprises three stages: divide the plant into modules, optimization of the layout of equipment within each module and optimization of the layout of modules. For some of these stages, mixed integer linear programming (MILP) models are presented and implemented using real data from FPSOs, as case studies. The optimization models showed good results and the obtained layouts presented lower costs compared to the layouts adopted in the FPSOs.Uma abordagem computacional é apresentada para o problema de otimização do arranjo físico da planta de processo de um FPSO, visando obter menor gasto de capital, bem como atender a requisitos de operabilidade, manutenibilidade e segurança. A abordagem compreende três etapas: dividir a planta em módulos, otimizar o arranjo físico dos equipamentos dentro de cada módulo e otimizar o arranjo físico dos módulos. Para algumas dessas etapas, modelos de programação inteira mista (PIM) são apresentados e implementados usando dados reais de FPSOs, como estudos de caso. Os modelos de otimização apresentaram bons resultados e os layouts obtidos apresentaram custos menores em relação aos layouts adotados nos FPSOs.