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地球空间信息科学相对应的法文为géomatique，英文名称为geomatics。这一术语最早由法国学者伯纳德·杜比森（Bernard Dubussion）创造，是由大地测量学（法语：géodésie，英语：geodesy）和地理信息科学（法语：géoinformatique，英语：geoinformatics）两词结合而成。这一术语最早在加拿大的大学开始使用，作为一些与测绘有关的院系名称。与传统的测绘学相比，地球空间信息科学除了包含现代测绘学的所有内容，还增加了利用计算机技术在空间数据和信息处理过程的应用。
地球空间信息科学的核心是采用信息科学的思维方法，以现代技术手段对地球表层进行观测，并对获取的地理空间信息进行处理、分析、存贮和可视化表现。这些特点标志着地球空间信息学是一门综合的学科，它不仅涉及地表物体的特征信息和空间定位描述，涉及地理空间信息的量化传输机理、信息表达以及信息反演等科学问题，同时还涉及测绘学、地理学、空间科学、信息科学等多个学科领域。地球空间信息科学的成果目前已经广泛应用于环境、资源、灾害、农业和城市发展等领域，为各行各业提供准确实时的空间信息和空间数据。
地球作为人类赖以生存的最基本的物质基础，与社会可持续发展密切相关。人与自然的协调发展是社会可持续发展的最基本条件，在认识自然、改造自然的过程中必须正确处理人与自然的关系，如合理利用资源，提高资源的利用效率，统筹规划国土资源的开发和整治，控制环境污染，改善生态环境等。随着社会和技术的迅速发展，人类改造自然的能力不断增强，人类活动引起的全球变化日益成为关注的焦点。从最近几个世纪的历史看，人类活动对地球生态的影响主要是向变坏的方面发展。世界人口的急剧增加造成了资源的大量消耗，生态环境的恶化也成为有目共睹的事实。概括地讲，人口、资源、环境和灾害是当今人类社会发展所面临的重大问题。
地球及其环境是一个复杂的巨系统，为了解决上述问题，要求以整体的观点认识地球。随着人类社会步入信息时代，有关地球科学问题的研究需要以信息科学为基础，并以现代信息技术为手段，从而建立了地球信息的科学体系。地球空间信息科学作为地球信息科学的一个重要分支，将为地球科学问题的研究提供数学基础、空间信息框架和信息处理的技术方法。地球空间信息广义上指各种空载、星载、车载和地面测地遥感技术所获取的地理系统各圈层物质要素存在的空间分布和时序变化及其相互作用信息的总体。地球空间信息科学作为信息科学和地球科学的交叉学科，它与区域乃至全球变化研究紧密相连，是现代地球科学为解决社会可持续发展问题的一个基础性环节。
空间定位技术、航空与航天遥感、地理信息系统（GIS）和互联网等现代信息技术的发展及其相互渗透，逐渐形成了以地球空间信息系统为核心的集成化技术系统。近30年来，这些现代空间信息技术的综合应用有了飞速的发展，使得人们能够快速及时和连续不断地获得有关地球表层及其环境的大量几何与物理信息，形成地球空间数据流和信息流，从而促成了地球空间信息科学的产生。自1975年法国大地测量与摄影测量学家Bernard Dubussion首次将法文géomatique用于科学文献以来，各国学者对这一科学术语给出了许多定义。例如，加拿大学者Groot将其定义为研究空间信息的结构与性质、对信息进行获取、分类与规格化以及存贮、处理、描绘、传播和确保其优化使用的基础设施。澳大利亚学者Trinder的定义是：用以表示量测、分析、管理、存储和显示基于地球数据（即通常所说的空间数据）的描述和位置的集成方法；它的应用覆盖所有依赖空间数据的学科，包括环境研究、规划、工程学、导航、地质学与地球物理学、海洋学、国土开发、土地经营和旅游学。西班牙国家团体给出的定义是：包括所有用计算机处理地理信息的各种科学与技术。它覆盖了大地测量、地形学、遥感、摄影测量、地理信息系统、土地信息系统（land information system，LIS）、自动测图和市政工程管理（automated mapping/facilities management，AM/FM）、重力测量、地震学、水文学、地籍学和其他地球科学。国际标准化组织（International Organization for Standardization，ISO）于1996年给出的定义是：地球空间信息科学是一个十分活跃的学科领域，它是以系统方式集成所有获取并管理空间数据的方法，这些方法是空间信息产生和管理过程中所进行的科学的、管理的、法律的和技术的操作的一部分。这些学科包括但不限于地图制图、控制测量、数字制图、大地测量、地理信息系统、水文学、土地信息管理、土地测量、矿山测量、摄影测量与遥感。我国学者王之卓院士、陈述彭院士也给出类似的定义。
我国学者李德仁院士综合了地球空间信息科学的含义，给出如下定义：地球空间信息科学是以全球定位系统、地理信息系统、遥感等空间信息技术为主要内容，并以计算机技术和通信技术为主要技术支撑，用于采集、量测、分析、存贮、管理、显示、传播和应用与地球和空间分布有关数据的一门综合和集成的信息科学和技术。它是地球科学的一个前沿领域，是地球信息科学的重要组成部分。
地球空间信息科学不仅体现多学科的交叉与渗透，而且强调计算机技术的应用。地球空间信息科学不局限于数据的采集，而是强调对地球空间数据和信息从采集、处理、量测、分析、管理、存储到显示和发布的全过程。这些特点标志着测绘学科从单一学科走向多学科的交叉；从利用地面测量仪器进行局部地面数据的采集到利用各种星载、机载和船载传感器实现对地球表面及其环境的几何、物理等数据的采集；从单纯提供静态测量数据和资料到实时/准实时地提供随时空变化的地球空间信息；将空间数据和其他专业数据进行综合分析，其应用已扩展到与空间分布有关的诸多方面，例如，环境监测与分析、资源调查与开发、灾害监测与评估、现代化农业、城市发展以及智能交通等。
地球空间信息科学的产生与发展是当代地球科学发展的必然产物，它从许多方面改变或提高了人们观察地球的能力，如观察方法、准确性、全面性等，为人们做出正确的判断和决策提供大量可靠的信息，必将成为信息科学的主流，并以超出人们想象的速度向前发展。空间科学技术和信息科学技术的发展为地球科学注入了新的研究思路、途径和活力，无论从深度和广度上都极大地推动了地球科学的发展和研究的深化。但是，地球空间信息科学的理论与方法还处于发展阶段，尚未建立完整的地球空间信息科学理论体系，一系列基于“3S”（RS，GIS，GNSS的统称）技术及其集成的地球空间信息采集、存储、处理、表示、传播的方法也有待于发展。
地球空间信息科学作为一门新兴的交叉学科，由于人们对它的认识又各不相同，出现了许多相互类似，但又不完全一致的科学名词，如地球信息机理（geoinformatics）、图像测量学（iconicmetry）、图像信息学（iconic informatics）、地理信息科学（geographic information science）、地球信息科学（geoinformation science）等。这些新科学名词的出现，无一不与现代信息技术，如数字通信、RS、GIS以及互联网的发展密切相关。
地球空间信息科学与地理空间信息科学在学科定义和内涵上存在重叠。有人认为它们是对同一个学科内容，从不同角度给出的科学名词。前者是从测绘的角度理解，是地球科学与测绘科学、信息科学的交叉学科；后者是从地理科学的角度理解，是地理科学与信息科学的交叉学科。地球空间信息科学包含了对于地球表层系统中空间信息的检测、辨识、表达、度量、综合、提取、变换、存储、检索、处理、分析、决策、显示、控制以及整个信息系统的优化等技术，而这些技术的理论支撑分别来自于信息论、控制论、系统论以及人工智能（artificial intelligence，AI）等领域。
对地观测技术的发展，特别是卫星遥感技术的发展，使得人们具备了对整个地球表层系统进行长期、立体和实时的监测能力，而GIS的发展使得通过对地球空间信息的处理、分析来发现和解决地球科学问题从而提供辅助决策方案成为可能。随着RS，GIS，GNSS以及Internet等的发展及相互渗透，逐步形成一个以空间对地观测和GIS为核心的集成化的地球空间信息技术系统，这就为解决区域范围更广、复杂性更高的现代地球科学问题提供了新的分析方法和技术保证。
综上所述，地球空间信息科学是在信息科学和空间信息技术发展的支持下，以地球表层系统为研究对象，以地理系统科学、信息论、控制论、系统论和人工智能的基本理论为指导，运用多空间信息技术和数字信息技术，来获取、存贮、处理、分析、显示、表达和传输具有空间分布特征、时空尺度概念和空间定位含义的地球空间信息，以研究和揭示地球表层系统各组成部分之间的相互作用、时空特征和变化规律，为全球变化和区域可持续发展研究服务。因此，地球空间信息科学的概念要比地理信息科学要广，它不仅包含了现代测绘科学的全部内容，也包含了地理空间信息科学的主要内容，而且体现了多学科、技术和应用领域知识的交叉与渗透，如测绘学、地图学、地理学、管理科学、系统科学、图形图像学、互联网技术、通信技术、数据库技术、计算机技术、虚拟现实与仿真技术等以及规划、土地、资源、环境、军事等领域。研究的重点与地球信息科学接近，但它更侧重于技术、技术集成与应用，更强调“空间”的概念。
地球空间信息科学具有很强的综合性、系统性和复杂性，在学科体系上由地球空间信息理论、地球空间信息技术和地球空间信息应用三大部分组成：（1）地球空间信息基础理论，它通过对地球圈层间信息的形成、变化机制及其传输过程的研究，来揭示地球空间信息的发生机理；（2）地球空间信息技术，包括空间数据的获取和处理、空间信息模拟分析、空间信息辅助决策分析等；（3）地球空间信息应用，其范畴涵盖了全球变化与区域可持续发展两大领域。
建立和发展地球空间信息科学的目的是要从空间信息流的角度来揭示、认识地球系统，特别是地球表层系统的发生、发展和演化规律，相互作用和时空特征，以服务于资源、环境和人口的和谐以及区域的可持续发展。
人类认识外部世界的过程，实质上是不断地获得外部世界的信息并对这些信息进行加工处理的过程；而人类改造世界的过程，则是把经过加工处理所设定的目的、计划和策略信息反作用于外部世界，即不断按照方案知识来规范自己的行为和引导外部世界的发展。图1.1形象地显示了空间数据流到空间信息流，再到策略信息流应用的全过程。
图1.1 信息流与地球表层系统内部物质流、能量流和人流的关系
地球表层系统物质流、能量流和人流（合称“三大流”）的运动规律可以通过研究地球表层系统的空间信息流来认识和理解，图1.2所示即为“三大流”的组成内容及空间信息流的具体内容。
图1.2 空间信息流与地球表层系统内部物质流、能量流和人流的关系
地球空间信息科学是一门交叉学科，是地球系统科学与面向地球空间研究领域的地理学、制图学、大地测量学，面向人类心智、行为和语言的认知科学、环境心理学、语言学，面向信息计算的计算机科学、信息科学，面向信息应用的经济学、社会学、政治学等诸多领域学科的交叉融合，如图1.3所示。
图1.3 地球空间信息科学与相邻科学技术关系
从信息技术角度来看，地球空间信息科学包含RS、GIS、GNSS、电子地图、虚拟现实（virtual reality，VR）和一系列数字信息技术，如图像处理、计算机扫描、计算机绘图以及互联网等的综合与集成。