Koncepcja gromadzenia danych przestrzennych w kilku „warstwach tematycznych” jest znacznie starsza niż narzędzia GIS. Dążenie do przedstawiania na mapach coraz większej liczby zjawisk, a także do ułatwienia analiz przestrzennych, spowodowało rozwój „nakładkowych” sposobów opracowywania klasycznych map analogowych już w połowie XIX w. Prawdziwy rozwój ręcznie rysowanych map nakładkowych nastąpił jednak dopiero w XX w. - w 1923r. opracowano nakładki o tematyce demograficznej i ekonomicznej dla Nowego Jorku. Wykonano ponadto mapę prezentującą wartość gruntów, co pozwoliło określić zależności między tą kwestią a gęstością zaludnienia.
Właściwy rozwój kartografii komputerowej i systemów informacji przestrzennej datuje się od początku lat 60. XX w. Pierwsze kroki zostały poczynione w 1964r. na uniwersytecie harwardzkim, na którym prof. Howard T. Fisher założył Harvard Lahoratory for Computer Graphic and Spatial Analysis. W laboratorium narodził się SYMAP (Synagraphic Mapping System), program do opracowania mapy w środowisku cyfrowym.
Termin GIS został przejęty od nazwy kanadyjskiego projektu CGIS (Canada Geographic Information System), który został zainicjowany w 1963r. przez Rogera Tomlinsona. Był to pierwszy system GIS obejmujący cały kraj i zawierający informacje o wszystkich potencjalnie produktywnych terenach Kanady.
W latach 80. ESRI (Environmental System Research Institute) wprowadziło na rynek pierwszą wersję programu Arclnfo, który stał się jednym z ważniejszych systemów na rynku GIS.
W latach 80. dominowały specjalistyczne systemy zamknięte typu desktop. Wraz z rozwojem technologii informatycznych i telekomunikacyjnych systemy GIS stały się dostępne dla coraz szerszego kręgu odbiorów w wyniku rozwoju internetowych technologii GIS, zapewniających zaawansowany dostęp dodanych geograficznych poprzez Internet oraz dzięki wykorzystaniu bezprzewodowych technologii przesyłania danych, co pozwoliło na dostęp do danych przestrzennych z każdego miejsca i w każdym czasie.
Współcześnie powstające systemy GIS budowane są w tzw. architekturze wielowarstwowej i udostępniają sieciowe usługi geoinformacyjne, takie jak dystrybucja i wyszukiwanie danych przestrzennych. Umożliwiają one użytkownikom korzystającym ze zwykłej przeglądarki internetowej i prostych w obsłudze narzędzi informatycznych dostęp do wyrafinowanych funkcji GIS.