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GIS作为一门技术是随着1950年计算机技术的出现而出现的， 随着计算机技术的发展而发展。在这段时间内形成了一些原理与理论， 具有重要的里程碑意义， 如利用计算机技术来代表地球和模拟人们的日常需求和行为， 这种智能的软件和硬件开发是建立在行业团体支持上的。
在GIS技术出现之前， 非空间数据库之间的链接在很大程度上依赖于数据库设计时建立的常用字段。 举例来说，客户地址列表的数据库与客户订单的数据库， 建立这些数据库的关系，这就需要设计一个共同字段， 如客户名称的字段。这里数据只能与具有相同字段的其他数据库进行对比， 通常数据库设计阶段做出这方面的规划。现在， 假设想把这个客户信息数据库关联到另一个包含公司地址的数据库， 这样可以优化货物的配送中心。但由于这个信息是有关配送中心的位置， 在数据库设计时没有与其他两个数据库相关联， 因此它没有可以相互访问的共同字段。此外， 由于客户信息和配送中心都没有彼此的空间参考， 因此数据之间非常难以比较。 GIS提供了可以被大多数数据所参考的共同字段， 这就是地球位置。因此GIS可以通过空间关系来联系和分析彼此无关的信息。
GIS技术的起源可追溯到20世纪50~60年代。 1959年出现了第一个应用计算机技术制图的简单模型。 这种系统也就是常说的自动化绘图法， 试图通过集成的数据库技术与计算机辅助绘图（CAD） 系统来实现绘图的自动化（Dodge等，2003）。 通过这种方法，地图可通过一个现有的数据库实现自动的文本标注， 这样大大改进了制图师创建标准化地图的工作， 也引导未来GIS的应用与发展。 现在GIS技术是制图和绘图中不可或缺的一部分，得到了广泛应用。
1965~1967年自动绘图（AM）的形成， 促使了地理编码技术的发展。 地理编码就是使用索引技术对非空间数据库赋予一个地理坐标系。 GIS中最常见的地理编码方法， 例如在GIS街道数据层中建立一个包含街道名称、街道号码、 邮政编码的类似数据。1967年,美国人口普查局在筹备1970年人口普查时， 应用了一种先进的地理编码技术， 通过邮件的寄出和接收来自动统计人口数据（Dodge等，2003）。 美国人口普查局通过GIS街道地址编码的先进技术进行数据索引， 目前已被广泛使用。通过这些措施，美国人口普查局开发了TIGER系统， 它提供了一种国家标准街道索引方式，作为非空间数据的参考。 现在TIGER系统提供了一组免费的核心GIS数据库层（基础图）用于构建空间数据。
通过数据库技术与CAD的集成， 形成了一种新形式的信息管理方式。 通过使用自动文本标注的新制图工具， 开发了与电子地图的进行交互来得到数据库信息的新功能。 用户可以选择一个地图要素，如一条街道或一棵树， 或是数据库中地理要素的其他信息，可被显示在电脑屏幕上。 这种电脑应用程序通过用户所熟悉的界面， 可以成功地让用户快速访问包含在数据库中的信息。 这种类型的应用程序被称为设施管理。 通过与自动制图（AM）的结合， 自动制图/设施管理（AM/FM）系统被应用于水利和废水行业， 同是提供一种增强信息管理和决策的新方式。 一个常见的应用AM/FM技术就是计算机化的维护管理系统（CMMS）。 这种CMMS可以提供设施、施工图纸、计划维护与工作条件， 通过易于操作的地图驱动接口， 以电视底图的方式呈现出管道检修的信息。 现在，CMMS通过与会计和金融规划组织的集成具有了更优的资产管理能力。
随着AM/FM技术的发展，在加拿大、 英国和美国的研究人员开发出一套分析工具和统计模型， 扩展出超越AM/FM的应用程序的GIS新功能。 现在这些工具和模型与AM/FM技术相集成， 可以更为准确地描述大多数现有的GIS。
空间分析允许用户能够执行基于拓扑规则的复杂计算， 例如，计算在一个服务区域中的人口数目。 数据集可以用地图边界来表示，也可以采用一种地理坐标系统， 准确地进行按比例进行显示。在这个例子中， 包含统计数据的人口普查区的记录可以选择使用几何坐标。 GIS软件确定了哪些普查区将包含在一个服务区域边界， 并返回满足标准条件的选择记录。 这是一个简单的空间数据库查询案例。 其他较为复杂的空间分析还有代数运算， 或利用相同的空间关系进行统计建模。
在奔腾处理器出现之前，可使用的GIS软件是非常有限的， 当要执行复杂的GIS任务时就有了对大量处理能力的需求。 GIS计算只限于昂贵的UNIX工作站， 由于大部分用户只能买得起少量工作站和需要掌握UNIX工作平台的专业知识， 严重地限制了这项技术的应用能力。在充分意识到它的潜力后， 许多GIS软件开发商在强大的个人电脑上开发出了桌面GIS解决方案。 在使用奔腾处理器后，GIS的应用呈现成倍增长。 由于公共和个体部门的大多数GIS项目， 其复杂程度处于同样的水平，成熟项目中也只有少数例子可以学习。
第二次革新出现在互联网的商业化时期。 在一个组织中可开发性的GIS项目及其应用程序通过互联网/ 内联网技术交付。原因有两个： ①一个组织在时间和金钱方面的投资可以达到最大的用户数量； ②对网页浏览器技术熟悉程度和深思熟虑的方案设计产生了 一个用户友好的环境。GIS软件开发人员构建的Web技术， 利用了互联网的分散特性。
在移动计算方面取得的进展将迎来GIS行业的第三次革命。 移动技术，如掌上电脑使现场人员可以快速和方便地访问 地理空间信息。数据收集能力也得到了增强， 具有将信息及时返回至中央存储库的能力。 尽管使用手持电脑上的GIS目前还处于起步阶段， 但移动计算已经存在了许多年。然而，使用GIS的手持设备、 数据采集和地理空间数据的远程访问永远不会是相同的。
元数据，或称作数据的数据，在GIS数据集之间传递信息， 这对其合理使用至关重要。由于GIS是基于一组空间信息的集合， 元数据成为信息交流的基础，如什么是官方文件， 它在系统中的保存方式是什么，它的信息更新频率如何等。 目前，像信息的收集和呈报一样， 美国联邦政府制定了元数据的标准格式。 尽管这些标准并不被一些公共机构所接受， 但当这些GIS项目与美国联邦政府分享信息时， 试图参与地理空间清算或申请拨款,可能会影响到GIS项目本身。 元数据是管理一个成功企业系统的关键组件。 由于没有其他媒介，则不能引导GIS软件用户在使用不同数据源时， 如何合理使用其存储信息的基本方法。 信息的现时性、精度、创建和维护信息者的名称、 文件路径以及数据库中的每个字段名称， 这些都可以通过元数据目录来获得。 此外还有软件权限的限制和许可性， 它可以扮演成某种形式的执法者。元数据一旦被使用， 就成为企业系统内一个有价值的GIS用户参考。 目录的建立是罗列可使用信息的一种方式。 在全面了解可用资源之后，GIS在未来将开发出大众化的选择工具。 使用元数据的结构化信息时， 若GIS用户期待在单一的项目中获得额外GIS信息资源， 知识库也将经历一个快速增长的过程。