萌芽階段
17世紀以前，大地測量學處于萌芽狀態。公元前3世紀，埃拉托色尼首先應用幾何學中圓周上一段弧的長度、對應的中心角同圓半徑的關系，計算地球的半徑長度。公元724年，中國唐代的南宮說等人在張遂（一行）的指導下，首次在今河南省境內實測一條長約300千米的子午弧。其他國家也進行過類似的工作。但當時測量工具簡陋，技術粗糙，所得結果精度不高，只是測量地球大小的嘗試。
大地測量學形成
1687年牛頓發表萬有引力定律之后，1690年荷蘭c.惠更斯在其著作《論重力起因》中，根據地球表面的重力值從赤道向兩極增加的規律，得出地球的外形為兩極略扁的扁球體論斷。1743年法國A.一C.克菜羅發表《地球形狀理論》，進一步給出由重力數據和地球自轉角速度確定地球扁率的克萊羅定理。此外，17世紀初，荷蘭的w.斯涅耳首創三角測量。隨后望遠鏡、測微器、水準器等發明，測量儀器精度大幅度提高，為大地測量學的發展奠定技術基礎。17世紀末，大地測量學形成至衛星大地測量的出現，這一階段的大地測量學通常稱為經典大地測量學。主要標志是以地面測角、測距、水準測量和重力測量為技術手段解決陸地區域性大地測量問題?；《葴y量、三角測量、幾何高程測量以及橢球面大地測量理論的發展，形成幾何大地測量學；建立了重力場的位理論并發展了地面重力測量，形成物理大地測量學。
弧度測量
1683～1718年，法國卡西尼父子（G.D.Cassini和J.Cassini）在通過巴黎的子午圈上用三角測量法測量弧幅達8°20’的弧長，推算出地球橢球的長半軸和扁率。由于天文緯度觀測沒有達到必要的精度，加之兩個弧段相近，以致得出了負的扁率值，即地球形狀是兩極伸長的橢球，與惠更斯根據力學定律作出的推斷正好相反。為了解決這一疑問，法國科學院于1735年派遣兩個測量隊分別赴高緯度地區拉普蘭（位于瑞典和芬蘭的邊界上）和近赤道地區秘魯進行子午弧度測量，全部工作于1744年結束。兩處的測量結果證實緯度愈高，每度子午弧愈長，即地球形狀是兩極略扁的橢球。至此，關于地球形狀的物理學論斷得到了弧度測量結果的有力支持。
另一個著名的弧度測量是J.B.J.德朗布爾于1792～1798年間進行的弧幅達9°40’的法國子午弧的測量。由這個新子午弧和1735～1744年間測量的秘魯子午弧的數據，推算了子午圈一象限的弧長，取其千萬分之一作為長度單位，命名為一米。這是米制的起源。
從18世紀起，繼法國之后，一些歐洲國家也都先后開展了弧度測量工作，并把布設方式由沿子午線方向發展為縱橫交叉的三角鎖或三角網。這種工作不再稱為弧度測量，而稱為天文大地測量。中國清代康熙年間（1708～1718）為編制《皇輿全覽圖》，曾實施大規模的天文大地測量。在這次測量中，也證實高緯度的每度子午弧比低緯度的每度子午弧長。另外，清代康熙皇帝還決定以每度子午弧長為200里來確定里的長度。
幾何大地測量
19世紀起，許多國家都開展全國天文大地測量工作，其目的并不僅是為求定地球橢球的大小，更主要的是為測制全國地形圖提供大量地面點的精確幾何位置。這就推動了幾何大地測量的發展。
①為了檢校天文大地測量的大量觀測數據，求出最可靠的結果和評定觀測精度，法國A.一M.勒讓德于1806年首次發表最小二乘法的理論。事實上，德國數學家和大地測量學家C.F.高斯在1794年已經應用這一理論推算小行星的軌道，此后又用最小二乘法處理天文大地測量成果，把它發展到相當完善的程度，形成測量平差法，至今仍廣泛應用于大地測量。
②橢球面上三角形的解算和大地坐標的推算，高斯于1828年在其著作《曲面通論》中提出橢球面三角形的解法。關于大地坐標的推算，許多學者提出了多種公式，高斯于1822年發表橢球面投影到平面上的正形投影法，這是大地坐標換算成平面坐標的最佳方法，至今仍在廣泛應用。
③利用天文學大地測量成果推算地球橢球長半軸和扁率，德國F.R.赫爾墨特提出在天文大地網中所有天文點的垂線偏差平方和為最小的條件下，解算與區域大地水準面最佳擬合的橢球參數及其在地球體中定位的方法。以后這一方法被稱為面積法。
物理大地測量
自1743年克萊羅發表了《地球形狀理論》之后，物理大地測量的最重要發展是1849年英國的G.G.斯托克斯提出的斯托克斯定理。根據這一定理，可以利用地面重力測量結果研究大地水準面形狀。但它要求首先將地面重力測量結果歸算到大地水準面上，由于地殼密度未知，這種歸算不能嚴格實現。盡管如此，斯托克斯定理還是推動了大地水準面形狀的研究工作。大約100年后，蘇聯的M.S.莫洛堅斯基于1945年提出莫洛堅斯基理論，它不需任何歸算，便可以直接利用地面重力測量數據嚴格地求定地面點到參考橢球面的距離（大地高程）。它避開了理論上無法嚴格求定的大地水準面，直接求定地面點的大地高程。利用這種高程，可把大地測量的地面觀測值準確地歸算到橢球面上，使天文大地測量的成果處理不因歸算不準確而帶來誤差。伴隨著莫洛堅斯基理論產生的天文重力水準測量方法和正常高系統已被許多國家采用。這是在衛星重力測量技術出現以前，由地面重力測量研究地球形狀和確定地球重力場的理論和方法，稱為經典物理大地測量。
現代大地測量
經典大地測量由于其主要測量技術手段（測角和測邊）和方法本身的局限性，測量精度已近極限，測量范圍也難于達到占地球面積70%的海洋和陸地自然條件惡劣的地區（高原、沙漠和原始森林等）。1957年第一顆人造地球衛星發射成功后，利用人造衛星進行大地測量成為主要技術手段，從此發展到現代大地測量。其標志是產生衛星大地測量，突破了米級測量精度，從區域性相對大地測量發展到全球的大地測量，從測量靜態地球發展到可測量地球的動力學效應。
衛星大地測量
1966年美國的W.M.考拉發表《衛星大地測量理論》一書，為衛星大地測量的發展奠定基礎。同時，對衛星跟蹤觀測定軌技術得到迅速發展，從照相觀測發展到衛星激光測距（8LR）和衛星多普勒觀測。20世紀70年代美國首先建立衛星多普勒導航定位系統，根據精密測定的衛星軌道根數，能夠以土1米或更高的精度測定任一地面點在全球大地坐標系中的地心坐標；90年代美國又發展了新一代導航定位系統，即全球定位系統（GPS），以其廉價、方便、全天候的優勢迅速在全球普及，成為大地測量定位的常規技術。俄羅斯發展了全球導航衛星系統（GLONASS），歐洲正在啟動伽利略全球衛星導航定位系統（Galileo）。衛星大地測量不僅廣泛用于高精度測定地面點的位置，還用于確定全球重力場，并形成一門新的大地測量分支，即衛星重力學。
衛星重力測量
衛星激光測距對衛星的跟蹤測量可以精確測定衛星軌道的攝動，當分離出占攝動主要部分的地球引力攝動，由此推算地球引力位球諧展開的低階位系數。20世紀70年代開始衛星雷達測高，后又研制和發展了多代衛星測高系統，用于精確測定平均海面的大地高，確定海洋大地水準面，并反求海洋重力異常，分辨率優于lO千米，精度優于分米級。
動力大地測量
SLR和甚長基線干涉測量（VLBI），可以厘米級或更優的精度監測板塊的運動速率、極移和地球自轉速率的變化。GPS更能以毫米級精度測定板塊內地塊的相對運動及地殼形變，還廣泛用于監測斷層和地震活動、極地冰原和陸地冰川的運動和變化以及冰后回彈現象。
海洋大地測量
衛星測高已成為確定高分辨率全球海洋大地水準面的最廉價有效的手段，GPS也成為海洋導航定位的主要工具，定位精度比傳統的天文導航和無線電導航精度提高1～2個數量級，多波束聲吶測深相對精度已達到或接近111000。海底大地控制網和海底地形測量的規模和精度在不斷提高。
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