全球对地观测系统的目的是通过对地观测所获取的数据更深刻地了解地球的各种现象及其相互作用，认识地球系统，并了解地球系统变化的规律。全球对地观测系统各种平台的相互配合使用，能够实现对全球陆地、大气、海洋等多方面的立体观测和动态监测。世界上许多国家和国际组织都积极推动建立一个全球性的、综合协调的对地观测系统，整合地球观测技术与科技信息，共同提高对地观测的能力和效率，为全球的可持续发展服务。

对地观测系统是20世纪地球科学进步的一个突出标志。1957年，苏联发射了世界上第一颗人造卫星，此后气象、资源、海洋卫星等相继发展起来，以遥感为探测手段，从外部空间对地球进行观测，从而获取所需的各种空间信息，因而这些卫星统称为对地观测卫星。卫星的出现促进了空间遥感科学的发展，为对地观测获取地表空间信息提供了基本条件。到20世纪80年代后期，在大气、陆地、海洋三大应用领域基本上完成了对地观测遥感技术应用的初步研究工作。对地观测遥感技术的发展，传统地球科学各分支学科的逐步成熟，以及人类活动对生存环境造成日益明显的影响，这三方面因素迫切要求将地球作为一个整体进行深入研究，从而促成了地球系统科学的提出。1983年，美国航空航天局（NASA）成立了EOS科学和使命需求工作组（SMRWG），提出将地球科学作为各分支相互作用的一个系统来进行研究，以地球系统科学作为今后重大科学目标，发展近地轨道平台作为用于这一科学研究的最主要的地球观测系统EOS。EOS计划从地球物理、气候过程、生物化学和水文等四大学科，确定了陆地、海洋、气候、大气、生物化学及水循环等六个方面的观测内容。EOS计划由三部分组成：科学研究计划、资料信息系统（EOSDIS）和EOS观测平台。美国提出EOS计划后，得到以欧洲空间局（ESA）、日本空间发展局（NASDA）和加拿大政府为代表的各方面力支持。1989年美国等24国提出行星地球计划（MTPE）。这项空间计划的研究内容包括了陆地覆盖、短期和长期气候变化、自然灾害研究和大气臭氧五个领域，将费时20年、耗资数百亿美元，建立三种对地观测空间平台：极轨平台、地球同步轨道平台，以及作为EOS主题补充的一系列小卫星观测平台，装载大量多样化、多波段、高光谱分辨率、高灵敏度的遥感仪器，并坚持长期观测。继美国提出并实施EOS计划后，为解决一系列当前和未来地球系统科学研究面临的重大科学问题，1991年由NASA发起了一项综合性的计划——地球科学事业（ESE），目的是通过卫星及其他工具对地球进行更深入的研究。ESE计划衔接和包含了EOS计划，是EOS计划的延伸和发展。ESE主要研究领域包括云、海洋、陆表、大气化学、水和能量循环、水和生态系统过程、固体地球等。

2004年，中国加入了全球对地观测系统。全球对地观测系统包括地面遥感车、飞机、火箭、人造卫星、航天飞机等多个观测地球的平台，各种平台相互配合，实现对全球陆地、大气、海洋的立体观测和动态监测。中国在2020年前发射约100颗对地观测卫星，服务于国土资源、测绘、水利、森林、农业和城市建设等社会发展的各个领域。形成中国自己的对地观测网，和其他国家的对地观测平台一起，组成全球对地观测系统。