測繪的研究對象是地球。人類對地球形狀認識的逐步加深，要求精確確定地球的形狀和大小，從而推動了測繪的發展。測繪是測繪的必然結果，因此地圖的演變及其生產方法的進步是測繪發展的重要方面。測繪是壹門技術性很強的學科，它的形成和發展很大程度上取決於測繪方法和儀器工具的創造和變革。從原始測繪技術到現代測繪，這個過程可以從以下三個方面來解釋。人類對地球形狀的科學認識始於地球是球形的概念，這壹概念是公元前6世紀古希臘的皮達-哥拉斯(Pytha-goras)首先提出的。兩個世紀後，亞裏士多德做了進壹步的論證來支持這個理論，這就是所謂的地球圈理論。又過了壹個世紀，亞歷山大的Era-tosthenes利用在兩個地方觀測太陽陰影的方法，首次計算出地球子午圈的周長，從而證實了地球圓的理論。這也是測量地球大小的“弧測”法的最初形式。世界上有記載的實測弧測量最早是在中國唐代開元十二年(724年)在張遂(壹方)的指導下進行的，根據測量結果計算出緯度1度的子午線弧長。
17年底，英國的牛頓(I.Newton)和荷蘭的惠更斯(C.Huygens)首先從力學角度討論了地球的形狀，提出地球是壹個兩極略扁的橢球體，稱為平地理論。在1735 ~ 1741年期間，法國科學院派出測量小組到南美洲的秘魯和北歐的拉普蘭進行了弧形測量，證明了牛頓的平地理論是正確的。
1743法國A.C. Claillo證明了地球橢球的幾何扁率和引力扁率之間存在簡單的關系。這壹發現使人們對地球形狀的認識更進了壹步，從而為根據重力數據研究地球形狀奠定了基礎。
19世紀初，隨著測量精度的提高，通過對各地圓弧測量結果的研究，發現測量所依據的垂直方向與地球橢球法線方向之間的差異不可忽視。因此，法國的P.S .拉普拉斯和德國的C.F .高斯先後指出，地球的形狀不能用壹個旋轉的橢球體來表示。1849年，G.G .斯托克斯爵士提出了利用地面重力觀測數據確定地球形狀的理論。在1873中，Listing創造了術語“大地水準面”來表示地球的形狀。此後，弧測的任務不僅是確定地球橢球的大小，還要找出地球橢球垂直方向與法線的偏差，從而研究大地水準面的形狀。
1945年，蘇聯的M.C .莫洛登斯基創立了直接研究地球自然表面形狀的理論，提出了“似大地水準面”的概念，從而避免了長期無法解決的重力歸算問題。
對地球形狀的認識和確定經歷了球體-橢球體-大地水準面三個階段，大約用了2500年或600年。隨著對地球形狀和大小的更加準確的認識和確定，在測繪工作中精確計算地面點的平面坐標和高程有了可靠的科學依據，同時測繪理論也不斷豐富。17世紀以前，人們使用簡單的工具，如中國的繩尺、走弓、方尺、標準表等。這些測量工具都是機械的，它們主要用於測量距離。望遠鏡發明於17世紀初。1617年，荷蘭的W. Snell首創了三角法測量弧長，而不是在地面上直接測量弧長。從此，測繪不僅僅是測量距離，還開始了角度測量。約1640年，英國的加斯科因在兩個鏡片之間設置了十字準線，使望遠鏡能夠用於精確瞄準，改進了測量儀器，可視為光學測繪儀器的開端。大約1730年，英國的Sisson制造了第壹臺用於角度測量的經緯儀，極大地促進了三角測量的發展，使之成為建立各種等級測量控制網的主要方法。這壹時期，由於歐洲出現了小型平板車、大型平板車和水平儀，地形測量和基於實測數據的地圖繪制也相應發展起來。自16世紀中葉以來，歐洲和美洲之間的航行變得尤為重要。為了保證航行的安全可靠，許多國家研究了在海上測量經緯度來確定船舶位置的方法。經緯度的確定，尤其是經度的確定方法，直到公元18世紀發明了鐘表，才得到圓滿解決。從此開始了對地球天文學的系統研究。19世紀初，隨著測量方法和儀器的不斷改進，測量數據的精度也不斷提高，精確的測量和計算成為研究的中心問題。這時，數學的進步開始對測繪產生巨大影響。1806和1809年，法國的A.M .勒讓德和德國的高斯分別發表了最小二乘準則，為測量平差的計算奠定了科學基礎。在19的20世紀50年代早期，法國的A.Lausse-dat開創了攝影測量方法。隨後，三維坐標測量儀和地面三維測繪儀相繼出現。到20世紀初，形成了比較完整的地面立體攝影測量方法。由於航空技術的發展，1915出現了自動連續航拍機，因此航拍機可以在立體測繪儀器上加工成地形圖。此後，在地面立體攝影測量的基礎上，發展了航空攝影測量方法。在此期間，19年底和20世紀30年代先後出現了鐘擺和重力儀，特別是後者的出現，使重力測量變得簡單省時，不僅在陸地上，在海洋上也是如此，為研究地球形狀及其重力場提供了大量的實測重力數據。可以說，從17年底到20世紀中葉，測繪儀器主要在光學領域發展，傳統的測繪理論和方法也已經成熟。
自20世紀50年代以來，測繪技術向電子化和自動化方向發展。首先是測距儀器的改造。從1948開始，各種電磁波測距儀相繼問世。由於大地定位方法可以直接精確地測量遠達幾十公裏的距離，因此不僅可以采用三角測量，還可以采用精密導線測量和三邊測量。幾乎與此同時，電子計算機出現了，並迅速應用於測繪。這不僅加快了測量和計算的速度，而且改變了測繪儀器和方法，使測繪工作更簡單、更精確。例如，帶有電子設備和計算機控制的攝影測量儀器的出現，促進了解析測圖技術的發展，然後在20世紀60年代，出現了計算機控制的自動繪圖儀，實現了地圖繪制的自動化。自1957年第壹顆人造地球衛星成功發射以來，測繪事業有了新的飛躍，測繪開辟了衛星大地測量的新領域，即觀測人造地球衛星研究地球的形狀和重力場，確定地面點的地心坐標，建立全球統壹的大地坐標系。同時，由於可以利用衛星從太空對地面進行遙感(稱為太空攝影)，因此可以利用遙感影像信息編制大面積的小比例尺影像圖和專題圖。這壹時期還出現了慣性測量系統，可以實時定位導航，成為加密陸地控制網和海洋測繪的有力工具。隨著脈沖星和類星體的發現，有可能使用這些射電源進行無線電幹涉測量，以確定遙遠地面點的相對位置(見甚長基線幹涉測量)。因此，自20世紀50年代以來，測繪儀器的電子化和自動化以及許多空間技術的出現，不僅實現了測繪作業的自動化和測繪成果質量的提高，而且極大地改變了傳統的測繪理論和技術，測繪對象也從地球擴展到了月球和其他星球。