2005年2月全球地球观测第三次部长级高峰会议发布了《全球综合地球观测系统2006—2015年战略执行计划》，并决定成立地球观测组织。同年5月，地球观测组织第一届全会在瑞士日内瓦召开，标志着地球观测组织正式成立。

该组织旨在推动全球综合地球观测系统建设，通过制定和实施《全球综合地球观测系统（GEOSS）十年执行计划》（以下简称《GEOSS十年执行计划》），建立一个综合、协调、可持续的全球观测系统，促进人类更好地认识地球系统，为决策者提供从初始观测数据到专业应用产品的信息服务。截至2022年6月，该组织共有成员国113个，参加组织140个，关联组织19个。

该组织的管理体系由决策机构和执行机构组成。决策机构为该组织地球观测领域部长级峰会（简称部长级峰会）和该组织全体成员大会（简称全会）。执行机构包括执行委员会、秘书处、工作计划实施委员会等。秘书处是该组织的日常办事机构，设在瑞士日内瓦。工作计划实施委员会是制定《GEOSS十年执行计划》和GEOSS系统建设的专业性组织实施机构，主要负责协调计划项目的实施，评估和监督计划进展和目标完成情况。

中国是该组织的创始国之一，自2005年地球观测组织成立起一直与欧盟、美国和南非共同担任联合主席国。在《GEOSS十年执行计划》框架下还组织制定了《中国综合地球观测系统（十年规划）》。中国在科技部设立了该组织中国秘书处。