GIS是一种处理地理信息的特殊信息系统。地理信息与其他信息的差别在于它的数据既包含属性数据又包含空间数据，二者同等重要。地理信息系统一般被定义为用于采集、存储、管理、分析和表达空间数据的信息系统。从这个角度看，GIS包括空间数据的获取、处理加工和应用的全过程，从一开始就是一种集成系统。
GIS集成狭义上指GIS自身的集成，广义上则包括与地理空间信息相关的数据采集系统、处理分析系统、应用系统的综合集成。在实际应用中根据用户的需要可能还包括办公自动化系统、通信系统、指挥调度系统等相关系统的集成。
GIS本身的集成包括数据的集成、模型的集成和软件的集成。数据集成是指不同地域、不同时间、不同内容（属性）的地理信息数据如何形成一个统一的整体，并按照一定的规律对其进行适当的分割，形成一个物理上分布、逻辑上集中的实用、高效的分布式空间数据库系统。模型集成是指如何建立反映空间规律的模型，并将这些模型与数据库平台、支撑功能软件平台有机地结合在一起，实现模型库、方法库和知识库的管理，并在已有的模型、方法和知识的基础上建立新的模型。软件集成主要指GIS功能软件支撑平台的集成，包括同一种平台内部各模块之间的集成以及不同GIS平台功能模块之间的集成，同时还有可能包括与其他类型软件之间的集成。在集成的技术方面目前还存在一些问题，随着计算机硬件的进步和软件技术的发展，这里面的许多问题将逐步解决，但GIS集成的核心问题仍然存在，那就是时空统一的数据模型的建立，在这种数据模型基础上统一的时空体的逻辑和物理分割以及如何建立面向问题的空间分析模型。
近年来，一些学者和专家提出“3S集成”或“5S集成”。“3S集成”即GIS，RS，GPS的集成，“5S集成”还要加上数字摄影测量系统（DPS）和专家系统（ES）。RS与GIS联系较为密切，RS一直被看做GIS快速获取信息的重要来源，而GIS被认为是RS信息利用的深化，很早以前就有人提出RS和GIS集成的问题，提出分开的但是平行的结合、无缝的结合和整体结合等若干模式，但是在实际应用中进展甚微。“3S集成”的一般模式是RS采集面状信息，GPS采集实时点位数据，为GIS提供数据源，利用GIS进行空间数据管理和空间分析。DSS和ES的引入目的在于深化空间数据的应用。DSS主要处理半结构化和非结构化的问题，它的目的是辅助决策而不是代替人的作用。ES则是模拟专家的分析和决策过程，代替人的作用。空间信息的获取、分析和应用是一个首尾相联、循环往复的过程。空间信息应用所产生的方案和决策作用于空间对象使之改变状态，使空间信息获取、分析和应用开始新的一轮循环。在这种模式中，“5S集成”通过反馈和协调机制形成了一个有机的整体，代表了地理信息系统集成的新方向。
在实际应用中，以航空航天遥感信息、测绘信息和地面观测资料获取为数据源，用GIS空间分析功能建立专业评估分析模型来进行空间信息管理和决策的面向地理信息的集成系统在资源与环境动态监测、农作物估产、重大自然灾害监测评估、生态网络研究、城市规划与管理等领域发挥了重要作用，国内外已有许多成功的系统。
当前GIS系统集成存在方法上的问题，初步归纳有以下几个方面值得注意：
（1）信息集成理论基础薄弱。地理信息的类型、来源、表现和应用都越来越多样化。尽管GIS集成系统在分布式平面网络扩展（WEBGIS）、三维立体扩展（3D GIS）、时间扩展（TGIS）、属性扩展（多源数据融合）的实践方面取得了很大进展，但在GIS中目前还缺乏对地理统一时空体的有效表达。
（2）GIS集成的方法论匮乏。对于地理信息集成的概念缺乏一致的认识，对于GIS如何集成、GIS集成包含哪些内容、集成系统的体系结构缺乏深入的理论研究。
（3）机械集成多，有机集成少。许多集成系统只是各子系统简单的堆砌，造成数据和功能的冗余和不一致，无法投入业务化运行。这主要是由于缺乏对系统集成的全面认识。从总体上讲，系统集成不仅仅是功能集成，还应包括资源集成、信息集成和人员集成。集成系统不仅应具备各子系统的功能，而且还应提供系统的反馈和协同功能，同时为将来加入新的功能并形成一个有机的整体提供可能。
（4）集成的体系结构不合理。GIS集成一般是多种硬件平台、多种操作协同、多种网络平台、多种支撑软件、多种应用集成的统一，单独一种或几种商用软件无法满足整体系统的需要，而且建立在商用支撑软件上的集中式系统，在系统扩充、升级和维护等方面都存在许多问题，所有的应用都无法脱离该系统。从集中系统转向以C/S结构为基础的分布式系统，把商用软件看做是提供特定功能的服务器，可以根据需要组合各种商用软件模块和自行开发的模块，并可以很方便地升级和替换。
（5）灵活性差。GIS应用一般都是宏观动态的复杂系统，但是目前的集成系统用户一般只能按照系统提供的菜单完成预制的功能，而无法根据实际需要迅速建立面向应用的分析模型。这主要是集成系统由于没有统一的信息视图，缺乏数据库集成平台和模型库集成平台，缺乏方便、灵活和可视化的构模工具。
（6）缺乏标准。早期的GIS集成系统大都属于研究和试验系统，没有统一的标准。但是标准化是大型复杂系统成功的基本保证。随着越来越多的空间数据标准的制定，借鉴和融合CIMS标准、软硬件标准制定GIS集成的标准，是GIS集成系统从试验研究走向业务化运行的重要内容。