GIS的发展是与空间信息的应用直接联系在一起的。 所以GIS的起源可以追溯到19世纪以来地图（包括地形图和专题图）的应用。 其中地图相当于图形数据库，而描述地图信息的文献著作相当于属性数据库， 两者的结合可看作是一种地理信息系统的雏形。但是，这种雏形， 基于地图的空间信息系统使用起来是很不方便的。首先， 表示在图面上的空间数据不便于作多层叠置分析，不便于作精确和快速的量算， 而且也不便于经常和及时地更新。此外， 图形数据和属性数据难于相互连接和共同分析。 因此广大科技人员是不可能充分利用这种模拟式空间信息系统。

20世纪50年代，由于电子计算机的兴起和它在航空摄影测量与成图中的应用， 使人们开始有可能用电子计算机来收集、 存贮和处理各种与空间和地理分布有关的图形和属性数据， 并通过计算机对数据的分析来直接为管理和决策服务， 于是就导致了地理信息系统的问世。所以20世纪50年代是GIS的技术准备阶段。

60年代，GIS步入了初始发展阶段。加拿大测绘学家R.F.Tomlinson， 于1960年提出了地图数字化管理分析的构想， 并于1962年利用计算机进行森林分类和统计取得了成功。 后来在加拿大农业部的支持下，从1963年开始研制地理信息系统， 并首先提出了地理信息系统这一术语，并建立了世界上第—个GIS， 加拿大地理信息系统（CGIS），用于自然资源的管理和规划。 稍后美国哈佛大学研究出SYMAP系统软件。但是， 由于当时计算机技术水平不高、存贮量小、磁带存取速度慢， 使得GIS带有更多的机助制图的色彩，地学分析功能极为简单。 当时的系统能实现手扶跟踪数字化地图，进行地图数据的拓扑编辑， 分幅数据的拼接，并发展了基于栅格的操作方法。

60年代GIS发展的另一显著特点是许多与GIS的有关的组织和机构纷纷建立。 例如，1966年美国成立城市和区域信息系统协会（URISA）， 1969年又建立起州信息系统全国协会（NASIS）。 国际地理联合会（IGU)于1968年设立了地理数据收集和处理委员会（CGDSP）。 这些组织和机构的建立，对于传播地理信息系统的知识和发展GIS锋术，起到了重要的指导作用。

70年代被称为GIS的巩固、发展阶段。 由于计算机硬件和软件技术的飞速发展， 尤其是大容量存取设备一磁盘的使用，为空间数据的录入、存贮、 检索和输出提供了强有力的手段。用户屏幕和图形、 图像卡的发展增强了人机对话和高质量图形显示功能， 促使GIS朝实用方向迅速发展。 一些发达国家先后建立了许多专业性的土地信息系统和地理信息系统。 例如，1970〜1976年，美国地质调査局就建成50多个信息系统， 作为地理、地质和水资源等领域空间信息的工具。 其它如加拿大、联邦德国、瑞典和日本等国也相继发展了自己的GIS。 与此同时，一些商业公司开始活跃起来，软件在市场上受到欢迎。 据统计在70年代大约有300多个系统投入使用。 美国地质调査局出版了《空间数据处理计算机软件》的报告， 总结了1979年以前世界各国空间信息系统的发展概况。 这期间许多大学和研究机构开始重视GIS软件设计及应用的研究。 例如，美国纽约州立大学布罗校区创建了GIS实验室， 后来发展成为包括加利福尼亚州大学和缅因州大学在内的由美国国家科学 基金会支持的国家地理信息和分析中心（NCGIA）。 因此，GIS这一技术受到政府部门、商业公司和大学的普遍重视，成为一个引人注目的领域。

80年代是GIS普及和推广应用的阶段。由于计算机的发展， 推出了图形工作站和微型PC机等性能价格比值较高的新一代计算机， 计算机和空间信息系统在许多部门广泛应用。计算机网络的建立， 使地理信息的传输时效得到极大的提高。GIS系统软件和应用的发展， 使得它的应用从解决基础设施的规划（如道路、输电线）转向更为复杂的区域开发， 例如土地的合理利用、城市的发展、人口规划与布置等。 地理因素成为投资决策中不可缺少的依据。在许多工业国家， GIS作为有关部门的必备工具，投入日常运作。GIS与卫星遥感技术相结合， GIS开始用于全球性问题， 例如全球荒漠化、全球可居住区的评价、厄尔尼诺现象、酸雨、核扩散及废料， 以及全球变化与全球监测。80年代中，GIS软件研制和开发也取得了很大成绩， 仅1989年市场上有报价的软件达70多个，并且涌现出一些有代表性的GIS软件， 如ARC/INFO,TIGRIS，GENAMAP，SYSTEM9等，它们可在工作站或微机上运行。

此外，GIS发展的另一个特点是先从应用开始， 在应用中不断地促进理论研究，以完善GIS。 Marble等在1984年拟订了处理空间数据的计算机软件说明的标准格式， 提出地理信息系统今后的发展应用着重研究空间数据的算法， 数据结构与模型以及数据库管理系统等方面。

90年代是GIS迅速发展的新阶段。90年代初虽然西方世界经济处于衰退的时期， 然而由于计算机软硬件的开发，而带来了商品化生产的繁荣， 而现代社会的发展，又不断地对GIS技术提出新的要求。 这一时期，激光扫描技术，网络技术等一系列新技术的发展和应用， 使GIS空间数据的处理、分析功能日趋加强。 并通过与遥感技术、机助制图的整体组合，构成了完善的技术体系。 而且逐步形成了从数据获取、数据处理分析， 直到决策规划、监测管理的综合信息流， 在效率和效益方面的优势而推动着GIS迅速发展的新局面。 随着地理信息产业的建立和数字化信息产品在世界上的普及， GIS将深入到各行各业，成为人们生产和工作中不可缺少的工具和助手。 根据“GISWorld”提供的资料，90年代世界各种商业GIS软件销售总数达38.8万套， 总装机数在45万套左右，估计世界上各类GIS达10万个。 许多工业化国家投入巨大人力和财力在各行各业广泛开展GIS的研究和应用。 其中较大的有美国海图系统、英国的Domesday计划、 美国土地管理局的自动土地与矿产资源系统（ALMRS）和林务局的监测项目等。 许多国际组织，如联合国发展署（UNDP）、环境署（UNEP）、 粮农组织（FAO）、教科文组织（UNESCO）、国际开发研究中心（IDRC）、 亚太经合会（ESCAP)、世界自然基金会（WWF）等机构专设了GIS项目和培训计划。 此外，许多发展中国家也不同程度地开展了GIS的研究的应用。 随着GIS的向前发展，GIS的理论也有突破，地球信息科学的提出， 使GIS不再是一个简单的技术，而成为一门新的边缘学科。 GIS的向前发展，GIS的标准化，质量控制和精度评价， 又成为GIS研究的核心问题。 国际标准化组织（ISO）于1994年成立了地理信息/地球信息业技术委员会（TC211）， 制定了统一的技术标准，为地理信息的采集、处理、分析、査询、 表示以及转换提供服务。此外， 有关国际组织多次联合举行了有关地理信息质量控制的学术讨论会。 90年代GIS发展的另一个特征是GIS与其他相关先进技术的互相结合， 有机集成。随着信息时代的到来， 信息高速公路和数字地球技术的发展，促进GIS在信息革命浪潮中的崛起。