Để làm việc được với GIS bước đầu tiên là xây dựng một cơ sở dữ liệu bản đồ số. GIS có một mô hình dữ liệu riêng để thực hiện các dữ liệu bản đồ trên máy tính. Việc xây dựng một cơ sở dữ liệu của hệ thông tin địa lý là một vấn đề quan trọng nhất và tiêu tốn thời gian nhiều nhất trong việc triển khai thực hiện công nghệ hệ thông tin địa lý.
Cơ sở dữ liệu hệ thông tin địa lý được hiểu là một tập hợp lớn các số liệu trong máy tính, được tổ chức sao cho có thể mở rộng, sửa đổi và tra cứu nhanh chóng đối với các ứng dụng khác nhau. Số liệu có thể được tổ chức thành một tập tin (hay là file) hoặc nhiều file hoặc thành các tập hợp trên máy tính. Chúng ta có thể thống nhất quan niệm về bản chất của cơ sở dữ liệu GIS là một nhóm xác định các dữ liệu, được tổ chức trong một cấu trúc của một phần mềm quản lý cơ sở dữ liệu. Đó chính là tập hợp của các
dữ liệu không gian và phi không gian được liên kết và quản lý chặt chẽ bởi
phần mềm GIS.
Các thông tin trong cơ sở dữ liệu hệ thông tin địa lý bao gồm những thông tin mô tả số của các hình ảnh bản đồ, mối quan hệ logic giữa các hình ảnh đó, những số liệu thể hiện các đặc tính của hình ảnh và các thông tin về các hiện tượng xảy ra tại các vị trí địa lý xác định.
Nội dung thông tin của cơ sở dữ liệu GIS luôn được xác định bởi các ứng dụng khác nhau của hệ thống thông tin địa lý trong một hoàn cảnh, điều kiện cụ thể do con người quy định. Các thông tin trong cơ sở dữ liệu GIS được tổ chức quản lý theo một phong cách riêng, đặc trưng cho công nghệ GIS mà các hệ quản lý thông tin khác không có. Các thông tin về sự vật hiện tượng đã, đang và sẽ tồn tại trong môi trường sống thực tế được con người nhận thức và thể hiện chúng thông qua công cụ bản đồ đều là những đối tượng quản lý và nghiên cứu của GIS.