1992年4月，罗伯特·盖茨在参众院情报委员听证会前表示，他担任中央情报局局长之初成立的图像特别任务小组（Imagery Task Force），曾建议成立国家图像局（National Imagery Agency），吸纳中央情报局的国家图像解读中心和国防绘图局。
特别任务小组关于国家图像局的设想，远不如国会听证会上某些议员们所建议的。后来这个设想形成了参众两院情报委员会的书面立法提议。对国家图像局更深层次的设想，是要在实际中负责图像功能的全部内容、航天器使用决定、飞机侦察能力决定以及研究与开发支持这些决定、任务分配、搜集行动和分析。盖茨在听证会中拒绝他的特别任务小组和国会委员会的建议，部分原因在于，参谋长联席会议主席柯林·鲍威尔（Colin Powell）希望国防部长维持对国防测绘局的控制权。然而，盖茨和国防部长理查德·切尼（Richard Cheney）同意在不引起过多注意的情况解决这一问题。一个月后，国防部成立了“中央图像办公室”（Central Imagery Office）。此举意图消除某些共同的担心，即成立国家图像局的建议，包括国会苦于缺乏统一的成像管理、图像搜集和分送的两难境地以及波斯湾战争中显现出的一些问题——预算约束、军事行动后勤支持需求不断变化等。因此，中央图像办公室于1992年5月成立，授权来自国防部第5105.26指令和中央情报局局长2/9号令，作为国防部的一个实战后勤支援局。
与建议的备选国家图像机构相比，中央图像办公室没有获授权吸纳现有机构或接管这些机构的搜集和分析职能。相反，它的任务包括分配国家图像系统以保证向国防部、军事指挥官、中央情报局和其他情报机构提供及时的图像支持，并就图像内容进行评估和提出建议。依照图像支持的条款和规定，中央图像办公室获得授权开发图像系统，特别是建立图像传送系统间互相操作的体系和标准，以及支持和开展研发活动。
建立中央图像办公室虽然延迟了组建一个国家级的图像和绘图机构，但并未阻止它成立。1995年4月，中央情报局长委托约翰·多伊奇（John Deutch）告诉参议院特别情报委员会（Senate Select Committee on Intelligence），如果确认，他将“立即采取行动将所有图像搜集、分析和分送加强统一管理”，并提出理由“以类似国家安全局对信号情报管理的方式方法，效率与成本都能够有所改进”。获得局长的肯定以后，多伊奇着手成立了“国家图像局领导小组”（National Imagery Agency Steering Group），后来获准成为国家图像局特别小组。这个特别小组为国家图像局列举十一种选择，从加强中央图像办公室，到高度集权的国家图像局，拥有计划、预算、管理权力等全部要素。1995年11月末，多伊奇和国防部长威廉·佩里（William J.Perry）向国会领袖和相关委员会呈送一封联合信，提交了他们的计划，将于1996年10月1日成立国家图像和测绘局，作为在国防部框架内的作战支持机构。他们的信强调，建议中的机构将强化这些部门的力量，包括：国防测绘局、中央图像办公室、国家图像解读中心和国防情报局的图像利用部门，以及具有图像获取和分送职能的国防空军侦察办公室和国家侦察局。
计划中的机构，将太空系统和地面站的获取和行动交给国家侦察局，但将情报机构的图像获取活动保留在自己的手中。根据这封信内容，特别小组建议拟议中的合并与加强是基于如下三个根本原因：
1.单一、简化、集中管理的机构能够最有效地服务于整个政府的多样化客户不断增长的图像和绘图局需求；
2.目前的图像和绘图局能力的配置和安排，无法使某一机构充分开发利用强大的搜集系统的巨大潜力；
3.信息技术革命使图像情报与绘图共生成为可能，这种合作共生可以通过高度集中管理得以实现。
前情报界的官员们（特别是中央情报局）和国会中许多人都质疑该计划的明智性。最主要的担心在于，中央情报局所属的国家图像解读中心人员移交到国防部图像部门为国家政策决策者们服务，可能会由于转为满足军方指挥者们的需求而有挫折感。然而，虽然反对意见不可能阻止新机构的成立，参议院情报特别委员会的确劝说参议院军事委员会，修正立法允许国家图像和测绘局成立，并规定中央情报局长维持对国家成像系统使用分配权力，而国防部长必须获得中央情报局长的合作同意，才能任命国家成像和绘图局局长。另外，参议院军事委员会同意修正国家安全法案，明确规定国家成像和绘图局的职责是向国家政策决策者提供情报支持。
国家图像和测绘局如期于1996年10月1日成立，综合了前一年11月底的陈述中提到的所有部门机构，再加上中央情报局情报处的图像分析办公室和国防发布计划办公室。它还将承担中央情报局的开发与工程局的一些活动。这一合并与加强行动创造出一个大约有9000名雇员的机构——大约2000名图像解读人员，7000多名来自国防绘图局。
正如中央图像办公室，国家图像和测绘局成立授权源自1996年10月11日国防部长5105.60号令“国家图像和测绘局”以及中央情报局长令。为突出强调这一事实，即该机构“将图像、地图、图表和环境数据合并，综合产生——地理空间情报——开发利用与分析图像和地理空间信息，以描述，评估和实际描绘出地球的物理性质和地理学的参考性活动”，局长詹姆斯·克拉珀试图将国家成像和绘图局更名为国家地理空间情报局（National Geospatial-Intelligence Agency），2004年《国防授权法案》（National Defense Authorization Bill）授权通过的一个备用选择，由时任总统乔治·布什（George W.Bush）于2003年11月24日签字生效。
鉴于划归国家地理空间情报局的各机构之间距离较远，该局最主要的部门最初并没有在同一地点办公，而是分散在许多地方，包括华盛顿海军工厂（国家图像解读中心办公地点）、华盛顿特区内（国防情报局所属的办公地点）、马里兰州的贝塞斯达（国防绘图局总部）、密苏里州的圣路易斯（国防绘图局的航天与航空生产基地）、弗吉尼亚州的贝尔沃堡（国家侦察局电子传送卫星地面站）。2011年1月，国家地理空间情报局开始搬进位于贝尔沃堡的新总部。当这个总部建成时，国家图像和测绘局有大约9000名雇员，但计划缩减至7500名。今天，国家地理空间情报局大约有16000雇员，绝大部分或者在贝尔沃堡，或者在圣路易斯基地工作。该局2013年预算需求为48亿美元。
目前的国家地理空间情报局的授权文件是2009年7月29日国防部长令，特别规定了国家地理空间情报局的任务、组织机构和管理以及局长的职责和作用。它概括出局长的42项职责，涉及搜集地理空间情报、制定地理空间情报体系和标准、地理空间情报系统、地理空间情报培训和教育、地理空间情报职能管理和项目管理以及地理空间情报相关的国际项目。这些职责包括以下要求：
●提供及时、符合需求的地理空间情报、支持、服务和信息；
●负责地理空间情报计划、搜集、行动、分析、情报编制和分送；
●确定或整合国防部长的地理空间情报搜集需求，酌情分配或与国防部长直接负责的部门协调开展搜集行动，提供相关数据；
●监督和评估国防部部门开展地理空间情报计划、项目制定、任务分配、搜集活动、处理、情报编制、使用、分送和保存，以满足国家和军方地理空间情报的需求，并在某种程度上获国家情报总监授权，监督美国政府的其他部门从事地理空间情报搜集活动；
●代表国防部长负责领导指挥制定地理空间情报标准和规定，地理空间情报相关的授权、执行准则与体系，以及地理空间情报任务分配、搜集、处理、利用和国际地理空间信息；
●制定完善的地理空间情报相关的系统架构体系，满足国家和国防信息基础设施的要求和标准；
●开发、购买、接管地理空间情报相关的系统设施；
●担任项目负责人，在国家情报计划框架内，负责国家地理空间情报计划；
●建立并保持与外国政府及国际组织的地理空间情报合作与计划。
如图2.8所示，国家地理空间情报局的组织架构包含了五个业务处。分析处是图像解读专业人员的原本部门，重点放在特定的国家和地区以及诸多特别关注点，如预警、全球导航和反扩散。他们“向政策制定者、军事战略决策者提供地理空间情报和服务，并根据联邦政府机构和国际组织的特定需要提供相关的信息和服务”。信息来源行动和管理处（Source Operation and Management Directorate）的主要职能由信息来源行动小组（Source Operations Group）完成。该小组负责美国图像卫星的任务分配；分类整理政府、军方和文职机构对图像情报目标的需求，以确定布置哪颗卫星针对特定目标，并选择高度和角度以获得图像情报。这些职责与数年前中央图像办公室的任务分配办公室和图像需求和利用委员会的职责完全相同。
图2.8 国家地理空间情报局组织架构图
自1996年成立后经历更名和重组外，该机构还经历了一系列的演变。高分辨度商业图像卫星的发展，使国家地理空间情报局能够通过商业渠道获得超高清晰度图像，而过去只能通过国家侦察局的秘密系统才能获得。正是这一原因，国家地理空间情报局成为了利润极佳的商业图像领域里相当重要的供应商。“9·11恐怖袭击”促使国家地理空间情报局在国土安全方面发挥重要作用，主要是通过向联邦政府、州和地方机构提供详尽清晰地图和图像，包括国土安全部（Department of Homeland Security）和安全局，以及涉及安全设施和国家特别活动和事件的安全保卫〔如超级碗（Super Bowls）、总统就职仪式、美国职业棒球大联盟全明星赛（Major League Baseball All-star Games）和奥运会〕。国家地理空间情报局的成果还被用于美国及国外灾难救援行动，包括处理美国东南地区“卡特里娜”飓风废墟的行动、2004年亚洲海啸、2006年巴基斯坦地震、2010年墨西哥湾石油泄漏以及2014年袭击美国中西部和南方的一系列龙卷风。在最后一个案例中，国家地理空间情报局提供55个地区近2000个建筑物的受损评估，覆盖阿肯色州、密苏里州、俄克拉荷马州、阿拉巴马州、堪萨斯州。评估内容包括重要基础设施、公路和通信网络的受损状况。不仅如此，除提供图像成果外，国家地理空间情报局还安排专业人员在美国境内或国外，为安全行动、灾难救援行动以及军事行动提供现场支持。自2014年春天起，国家地理空间情报局开始向美国和其他参与分析或抗击非洲埃博拉病毒的机构提供帮助。它提供的地图显示医疗设备的位置，以及示例疾病扩散地域范围的其他图片。
2006年，国家地理空间情报局获得立法授权，在其空中图片库（通过卫星和飞机拍照获得）中增加了地面图片，包括静止图片和全动态录像。其中一个目的就是为军人提供信息，让他们看到从地面角度看目标设施是什么样子，而不仅仅看空中角度拍摄到的样子。参议院情报特别委员会2010年一份评估报告的结论认为，这样的“成果必须妥善地纳入国家地理空间情报局的数据库”。