Từ các quy trình phát triển một phần mềm, ta thấy việc thiết kế CSDL nằm trong giai đoạn thiết kế Logic phần mềm, sau các bước phân tích hệ thống. Mục đích của giai đoạn này là xác định một cách chi tiết và chính xác những gì mà hệ thống mới phải làm để đạt được mục tiêu đã được thiết lập từ giai đoạn phân tích chi tiết mà vẫn luôn tuân thủ những ràng buộc của môi trường. Sản phẩm đưa ra của giai đoạn thiết kế logic là mô hình hệ thống mới bằng các sơ đồ luồng dữ liệu DFD (Data Flow Diagram), các sơ đồ cấu trúc dữ liệu DSD (Data Structure Diagram). Xây dựng mô hình logic cho hệ thống mới là một quá trình tương đối phức tạp, cần phải có một sự hiểu biết sâu sắc lĩnh vực phần mềm đang hướng tới, nghĩa là các bước phân tích trước đó có tác động rất lớn đến bước này. Đồng thời cũng cần phải biết làm chủ các công cụ tạo ra và hoàn chỉnh các tài liệu hệ thống mức logic và cần phải am hiểu tinh tế những khái niệm cơ bản của CSDL.
Việc thiết kế logic thường bắt đầu từ việc thiết kế CSDL cho phần mềm mới. Thiết kế CSDL là xác định yêu cầu thông tin của người sử dụng phần mềm mới và được đặt trong vòng đời của phần mềm. Thiết kế CSDL là quá trình phức tạp, đòi hỏi một vài quyết định ở nhiều mức khác nhau. Tính phức tạp của công tác này sẽ được quản lý tốt hơn nếu phân rã bài toán thành các bài toán con và giải các bài toán con một cách độc lập. Thiết kế CSDL được chia ra thành các bước sau:
Yêu cầu dữ liệu
Thiết kế khái niệm
Lược đồ khái niệm
Lược đồ logic Thiết kế logic
Thiết kế vật lý
Lược đồ vật lý
Thiết kế khái niệm bắt đầu từ việc xác định các yêu cầu và kết quả là đưa ra lược đồ khái niệm. Lược đồ khái niệm là mô tả mức cao của cấu trúc dữ liệu, độc lập với phần mềm quản trị CSDL cụ thể. Nó mô tả toàn bộ dữ liệu sẽ được dùng trong ứng dụng. Thiết kế logic bắt đầu từ lược đồ khái niệm và cho ra kết quả là lược đồ logic. Lược đồ logic mô tả cấu trúc CSDL mà hệ quản trị CSDL xử lý. Thí dụ, khi quan tâm đến mô hình quan hệ, người ta tiến hành thiết kế logic theo cùng một cách đối với tất cả các hệ quản trị CSDL quan hệ. Thiết kế vật lý đưa ra lược đồ vật lý, mô tả cài đặt của CSDL trên bộ nhớ ngoài, nó mô tả cấu trúc lưu trữ và các phương pháp truy nhập CSDL có hiệu quả.
Hai phương pháp thiết kế CSDL được sử dụng khá phổ biến là: Phương pháp từ các đầu ra và phương pháp mô hình hoá.