地图学以地球的数据场和信息流的获取、处理、表达、分析和应用作为研究对象，涉及自然科学、社会与人文科学、技术与工程科学等诸多领域，而且随着人类观测技术手段的进步和认知范围的扩大，地图学的研究对象正在向外层空间和地壳深部延伸。

地图起源于4500多年前，它的产生和发展是人类活动的实际需要。最早发现并保存下来的原始地图是公元前25～前23世纪古巴比伦人在陶片上绘制的美索不达米亚地区的巴比伦地图。在中国，地图的传说可以追溯到4000年前或更早的时期，如记载于《左传》中的《九鼎图》和后来在《山海经》中绘有山、水、动植物及矿物的原始地图。

随着原始社会的逐渐解体和奴隶制国家的建立，产生了行政统治和军事征战的需要，客观上促进了地图的发展。据《周官》一书记载，从周朝开始，地图就被作为统治阶级封邦建国、管理土地必不可少的工具。《管子·地图篇》最早论述了当时地图的内容及其在战争中的作用。

古代地图学的发展，在西方和东方面对着航海贸易和农业生产两种不同的社会需求。在西方，公元前6～前4世纪，古希腊在自然科学方面有很大发展，尤其在数学、天文学、地理学、大地测量学和地图学等领域涌现出了一批卓越的学者，提出了许多新概念。米勒人阿那克西曼德（Anaximandros，约前610～前546）提出了地球形状为椭圆形的假说；利比亚人埃拉托色尼（Eratosthenēs，约前275～前194）首先利用子午线弧长推算地球大小，第一次编制了把地球当作球体的地图；天文学家吉帕尔赫（公元前165～前125）创立了透视投影法等。在中国，地图经过春秋战国时期的广泛应用，在内容选取和表示方法上都积累了不少经验。秦始皇统一中国虽然只有20多年，但地图的数量已相当可观。1973年，湖南长沙马王堆三号汉墓出土的地形图、驻军图和城邑图，为人们提供了研究汉代地图的珍贵实物资料，其绘制原则和绘制水平及应用价值都处于当时地图学的世界领先地位。

古代希腊时期的托勒密（Claudius Ptolemaeus，约90～168）和中国的裴秀（224～271）是西方和东方古代地图学史上两个有代表性的人物。托勒密的《地理学指南》是古代地图学的一部巨著，总共8卷。其中卷八附有1幅世界地图和26幅分区地图，在西方古代地图学史上具有划时代的意义，一直沿用到16世纪。裴秀绘制了《禹贡地域图》和《方丈图》，创立了“制图六体”，标志着中国古代地图学的辉煌成就，影响长达千年之久。公元300～1300年的中世纪，在地图学史上是一个漫长的黑暗年代。这种状况一直持续到公元1000年，启蒙思想才开始在地图学领域表现出来。希腊地理学家托勒密（Claudius Ptolemy）的《地理学指南》得到了翻印；13世纪出现的反映地中海和邻近海域航海活动成果的波尔托兰（Portolan）海图，一直使用到17世纪初期用墨卡托投影绘制的海图得到应用为止。在中国，裴秀倡导的地图制图原则和方法得到了唐代贾耽（730～805）等的继承和发展，他编制了《关中陇右及山南九州图》和《海内华夷图》；宋朝统治中国近320年，由于科学技术的进步，地图制作有很大发展。北宋统一不久编制了第一幅规模巨大的全国总舆图《淳化天下图》，南宋绍兴七年（1137）所刻的石碑的两面分别刻着《华夷图》和《禹迹图》。《禹迹图》绘制有方格，是目前看到的最早的“计里画方”地图；沈括（1031～1095）编绘了《宋令图》即《天下州县图》；元、明两朝在地图制作方面有长足的进步，朱思本（1273～1333）绘制了《舆地图》。

著名航海家郑和（1371或1375～1433或1435）先后七下西洋，揭开了15世纪海上探险的序幕，产生了中国第一部航海地图集《郑和航海图集》。从郑和揭开海上探险的序幕到17世纪50年代意大利的哥伦布（Christopher Columbus，1451～1506）、葡萄牙的达伽马（Vasco da Gama，1469～1524）和葡萄牙的麦哲伦（Fernão de Magalbães，1480～1521）等的地理大发现，基本上奠定了世界地图的地理轮廓。

16世纪是地图集兴起的时期，以比利时学者墨卡托（Gerardus Mercator，1512～1594）的《世界地图集》和中国罗洪先（1504～1564）的《广舆图》为代表。墨卡托创立了等角正轴圆柱投影，并于1568年用这种投影编制了著名的航海图，后人命名为墨卡托投影，仍被世界各国广泛采用。罗洪先采用“计里画方”制图法，将朱思本的《舆地图》加以分幅转绘，改编成《广舆图》，成为中国最早的综合性地图集。此间，意大利传教士利玛窦（Matteo Ricci，1552～1610）1582年来到中国，他沟通、总结东西方地图学和地理学知识，在中国学者的支持与合作下，于1602年绘制了《坤舆万国全图》，该图涵盖当时尚未发现的澳洲以外的已知世界五大洲，即亚洲、非洲、欧洲、美洲和南极洲，采用等积投影和经纬线网制图法。这个时期的地图学被称为古代地图学。

近代地图测绘是欧洲各国工业革命和新兴资本主义经济发展的产物。17世纪以后的大规模三角测量和地形图测绘，奠定了近代地图测绘的基础，成了地图学的主流方法。一方面，航海、贸易、军事及工程建设越来越需要精确、详细的更大比例尺地图；另一方面，在工业革命的推动下，科学技术水平得到提高，新的、高精度的测绘仪器相继发明，使测绘精度大为提高，很多国家进行了大规模全国性三角测量，为大比例尺地形测图奠定了基础。中国大规模地图测绘从康熙四十七年开始，历时10年，测量了全国各地的经纬度点，实测了全国地图，并以此为基础编制了《皇舆全览图》《乾隆十三排地图》（又称《乾隆内府地图》）和《大清一统舆图》（又称《皇朝中外一统舆图》）。康、乾两朝实测地图的完成，把中国地图学提高到了一个新的水平，1886年在北京建立负责组织编纂《大清会典舆图》的“会典馆”，3～5年时间内各种版本的省区地图集不断涌现，这在中国地图发展史上具有极为重要的意义，它是中国传统古老的制图法向现代制图法转变的标志。其特点是“计里画方”制图法与经纬线网制图法混用、传统地图符号与现代地图符号混用。中国采用经纬线网制图法绘制的第一部世界地图集，是魏源（1794～1859）编制的《海国图志》。由于采用基于大规模三角测量的平板仪测绘地图，地图内容更加丰富，地物由原来的透视写景符号改为平面图形，地貌由原来用透视写景改为晕翁法进而改用等高线法表示，地图印刷由原来的铜版雕刻改用平版印刷。

18世纪以后，照相制版方法的出现和航空摄影测量技术的发明，导致了地图生产技术工艺的变革。从19世纪开始，由于自然科学的进步与深化，普通地图已不能满足社会的需求，于是产生了地质、气候、水文、地貌、土壤、植被等各种专题地图和地图集。中国的杨守敬（1839～1915）集前人之大成，历时15年，编制了《历代舆地沿革险要图》70幅，是中国历史沿革地图史上旷世绝学的一部历史沿革地图集。20世纪初出现飞机，很快研制成航空摄影机和立体测图仪，从此地图测绘开始采用航空摄影测量方法。同时，黑白航空相片成了专题地图制图的主要资料来源，加上照相和平版彩色胶印技术的应用，使地图特别是专题地图的科学内容、表现形式和印刷质量都提高到了一个新的水平。

19世纪末，资本主义各国出于对外寻找市场和掠夺殖民地的目的，迫切需要编制统一规格的世界详图。1891年在瑞士伯尔尼召开的百万分一地图国际会议上，讨论并通过了编制百万分一地图的决议；此后，1909年在伦敦、1913年在巴黎召开的百万分一地图国际会议上，先后讨论并通过了基本章程、方法和规格，对以后各国百万分一地图的编制起了积极的推动作用。20世纪50年代前后编制出版了一大批地图集，如苏联的世界综合地图集、意大利的自然经济地理图集、英国的气候地图集、苏联的海洋地图集等。

大约在20世纪50年代末和60年代初，地图学作为一门独立的科学已经形成。一方面，同地图学有关的地理学、测量学、印刷学相继成为比较完整的理论学科和技术学科，为地图学的形成与发展提供了外部条件。另一方面，地图学本身在漫长的地图生产过程中积累了丰富的经验，经过不同时期各国地图制图学家的总结和概括，形成了系统而完整的关于地图制作的技术、方法、工艺和理论，作为地图学分支学科的地图投影、地图编制、地图整饰和地图印刷等已趋于稳定。这个时期的地图学被称为传统地图学或近代地图学。

20世纪50年代，信息论、控制论、系统论三大科学理论的问世和电子计算机的诞生，彻底改变了当代地图学家的思维方式，也为地图学的进一步发展指明了方向。这主要表现在地图制图技术上的革命和地图学理论上的创新。

地图制图技术上的革命主要表现在：20世纪50年代开始的计算机辅助地图制图研究，经历了原理探讨、设备研制、软件设计；到70年代已由实验试用阶段发展到比较广泛的应用；进入80年代后，在计算机不断更新换代的同时，开始应用一些高速度、高精度新型机助制图设备，越来越重视机助制图软件的研究，纷纷着手建立地图数据库，在此基础上，由单一的或部门的机助制图系统发展为多功能、多用途和综合性地图信息系统，为地图学的发展开辟了崭新的道路。20世纪60年代迅速发展起来的遥感技术，成为空中对地信息获取和采集的主要技术手段；进入90年代，覆盖全国以至全球的卫星影像和数据，已能满足较大比例尺地图制图的精度要求，遥感信息已成为地图学的重要信息源之一，使地图学的着重点由过去的制图资料获取一端向信息深加工一端转移。卫星定位技术可保证在获取遥感影像的同时，同步地获取相应瞬间卫星平台和地面的三维定位信息，其精度可满足大、中、小比例尺地图制图和更新的要求。地图电子编辑系统和数字制版系统的相继问世，打破了长期以来传统地图制图与出版的分工界线，出现了以全数字地图制图与出版方式代替传统手工生产方式的新的转机。20世纪60年代中出现的以计算机辅助地图制图和地图数据库为基础的地理信息系统，体现了包括地理环境信息获取、存储、转换、分析和应用在内的信息传输和信息反馈的完整过程，本质上是地图学功能的拓展和延伸。20世纪90年代开始研究的空间信息可视化技术，超出了传统的地图符号化及视觉变量表示法的水平，而进入了在动态、时空变换、多维可交互的地图条件下探索视觉效果和提高视觉功能的阶段，有助于理解、发现自然界存在的现象之间的相关关系和启发形象思维的能力；虚拟现实技术引入地图学，能构成一个以视觉感受为主，也包括听觉、触觉、嗅觉的可感知环境，使人完全沉浸在计算机创造的图形环境里，有身临其境之感。所以，空间信息可视化与虚拟现实技术，成为地图学的进一步发展的新的增长点。

地图制图技术的进步，必然对地图学理论提出新的要求，同时也支撑地图学理论的研究，促使了地图学理论上的创新。主要表现在：1967年，英国学者提出把地图作为模型的概念，使地图学界把地图看作一种模型的思想前进了一大步，并使模型技术在地图制图中得到普遍应用，使地图制图进入更严密的理论模型试验阶段，有力地促进了数字地图制图的研究。1967年，法国学者提出图形符号的六种视觉变量及由其构图时能引起视觉感受的六种效果，为地图设计特别是地图符号设计提供了科学依据。1969年，捷克学者认为地图的用途就是在地图作者和地图读者之间传输地理信息，把地图的制作和使用看作是一个统一过程的两个阶段，提出了第一个地图信息传输模式，反映了地图学作为一个“系统”的一切特征，为地图学理论研究和实践开拓了更加广阔的领域。1991年，中国地图学家高俊把认知科学引入地图学，提出地图空间认知的概念，把地图空间认知作为认识科学的一个重要研究领域，研究人们怎样认识自己赖以生存的环境，包括其中的诸事物、现象的相关位置、空间结构、依存关系，以及它们随时间和空间的变化规律。

地图制图技术上的革命和地图学理论上的创新，标志着地图学已进入信息时代。这个时期的地图学被称为现代地图学或信息时代的地图学。

地图学的基本内容，按其科学体系包括三个部分：①理论地图学。现代地图学科学体系的第一个层次，包括基础理论、应用理论和地图学史。基础理论是有关地图学全局的理论，包括地图空间认知理论和地图信息传输理论；应用理论主要研究地图信息论、地图视觉感受论、地图模型论以及地图投影理论、地图符号理论和制图综合理论；地图学史主要研究国家和世界地图学的发展历史。②地图制图学。现代地图学科学体系的第二层次，主要研究地图数据库支持的地图设计、地图编绘和地图出版技术，其目的是生产各种比例尺和各种类型的数字地图、电子地图和纸质地图。③地图应用学。现代地图学科学体系的第三层次，主要研究地图的分析和应用的基本方法，以及地图在国民经济建设、国防建设和社会文明进步等各领域的应用方法。

地图学与测绘学和地理学的其他分支学科有着十分密切的关系。空间大地测量学所研究确定的地球形状和大小、时空基准和大地控制网是地图学研究必需的基础地理空间框架；而地图学研制的数字地图（电子地图）与全球卫星定位系统（GNSS）集成，则构成移动平台（或手持终端）的基于位置的地理信息服务系统；遥感影像不仅是地图学特别是专题地图制图的重要信息源之一，而且数字摄影测量是大比例尺地图制图的主要方法。地图学既是地理学（自然地理学、人文地理学）的重要研究方法，又是地理学研究结果的可视化表达，使用计算机地图制图和遥感影像制图方法，反映自然地理和人文地理特征的系列专题地图品种更多、时效性更高，可揭示的地理规律更丰富。

地图学与学科（测绘学、地理学）以外的许多相邻学科都有着密切的关系。作为信息科学两大支柱的计算机科学和通信网络技术，使地图制图和地图服务技术更加现代化。地图学与数学科学的关系越来越密切，数学科学为地图学的模型构建和算法设计提供有力支撑。地图学与艺术的关系众所周知，地图的视觉感受、色彩及符号设计等，无不与艺术密切相关。地图学与文化相融合，形成地图文化和地图文化产业；地图学与哲学的关系已为地图学史研究所证实，地图哲学将在更高层次上指导地图学的研究和未来发展。

随着科学技术进步的加快和社会需求的多样化，地图学今后将向以下4个方面发展：①创新的地图学理论体系将逐步完善。主要表现为信息时代多模式（地图、地理信息系统和虚拟地理环境）时空综合认知理论、地图模型理论、模拟地图与电子地图视觉感受理论和信息传输理论、地理空间信息语言学等新理论的研究，将进一步深化和提升；同时，地图哲学、地图演化、地图文化和地图史及它们之间相互关系的研究，将取得实质性进展。②创新的地图制图技术体系将进一步提升。主要表现为以地图数据库、地图符号库、地图色彩库和标准地名库为支撑的全数字地图制图与地图电子出版一体化，数字地图制图综合的智能化和多尺度地图数据库生成的自动化，地图制图的网络化和协作（同）化，地图品种及其表现形式的多样化、个性化、超媒体化和多维动态可视化，大数据时代地图制图的大众化和实时化，建立新的地图制图技术体系是必然的趋势。③随着网络技术的快速发展和普及，创新的地图应用服务体系将进一步充实和完善。主要表现为地图服务的形式更加多样化，服务的技术手段更加现代化，服务的质量更加高效化，移动电子地图服务更加普适化。④地图在数字社会建设中将发挥越来越重要的作用。地图是智慧城市等数字社会建设的基础支撑，是自然、人文和经济信息的“聚合器”，一切大数据只有当其集成在具有统一时空基准的数字地图上时，才能进行具有时空特征的综合分析和数据挖掘，从而发现知识并指导人们的行动。