1992年4月，羅伯特·蓋茨在參眾院情報委員聽證會前表示，他擔任中央情報局局長之初成立的圖像特別任務小組（Imagery Task Force），曾建議成立國家圖像局（National Imagery Agency），吸納中央情報局的國家圖像解讀中心和國防繪圖局。
特別任務小組關於國家圖像局的設想，遠不如國會聽證會上某些議員們所建議的。後來這個設想形成了參眾兩院情報委員會的書面立法提議。對國家圖像局更深層次的設想，是要在實際中負責圖像功能的全部內容、航天器使用決定、飛機偵察能力決定以及研究與開發支持這些決定、任務分配、搜集行動和分析。蓋茨在聽證會中拒絕他的特別任務小組和國會委員會的建議，部分原因在於，參謀長聯席會議主席柯林·鮑威爾（ Powell）希望國防部長維持對國防測繪局的控制權。然而，蓋茨和國防部長理查德·切尼（Richard ey）同意在不引起過多注意的情況解決這一問題。一個月後，國防部成立了「中央圖像辦公室」（tral Imagery Office）。此舉意圖消除某些共同的擔心，即成立國家圖像局的建議，包括國會苦於缺乏統一的成像管理、圖像搜集和分送的兩難境地以及波斯灣戰爭中顯現出的一些問題——預算約束、軍事行動後勤支持需求不斷變化等。因此，中央圖像辦公室於1992年5月成立，授權來自國防部第5105.26指令和中央情報局局長2/9號令，作為國防部的一個實戰後勤支援局。
與建議的備選國家圖像機構相比，中央圖像辦公室沒有獲授權吸納現有機構或接管這些機構的搜集和分析職能。相反，它的任務包括分配國家圖像系統以保證向國防部、軍事指揮官、中央情報局和其他情報機構提供及時的圖像支持，並就圖像內容進行評估和提出建議。依照圖像支持的條款和規定，中央圖像辦公室獲得授權開發圖像系統，特別是建立圖像傳送系統間互相操作的體系和標準，以及支持和開展研發活動。
建立中央圖像辦公室雖然延遲了組建一個國家級的圖像和繪圖機構，但並未阻止它成立。1995年4月，中央情報局長委託約翰·多伊奇（Johch）告訴參議院特別情報委員會（Senate Seleittee on Intelligence），如果確認，他將「立即採取行動將所有圖像搜集、分析和分送加強統一管理」，並提出理由「以類似國家安全局對信號情報管理的方式方法，效率與成本都能夠有所改進」。獲得局長的肯定以後，多伊奇著手成立了「國家圖像局領導小組」（National Imagery Agency Steering Group），後來獲准成為國家圖像局特別小組。這個特別小組為國家圖像局列舉十一種選擇，從加強中央圖像辦公室，到高度集權的國家圖像局，擁有計畫、預算、管理權力等全部要素。1995年11月末，多伊奇和國防部長威廉·佩里（William J.Perry）向國會領袖和相關委員會呈送一封聯合信，提交了他們的計畫，將於1996年10月1日成立國家圖像和測繪局，作為在國防部框架內的作戰支持機構。他們的信強調，建議中的機構將強化這些部門的力量，包括：國防測繪局、中央圖像辦公室、國家圖像解讀中心和國防情報局的圖像利用部門，以及具有圖像獲取和分送職能的國防空軍偵察辦公室和國家偵察局。
計畫中的機構，將太空系統和地面站的獲取和行動交給國家偵察局，但將情報機構的圖像獲取活動保留在自己的手中。根據這封信內容，特別小組建議擬議中的合併與加強是基於如下三個根本原因：
1.單一、簡化、集中管理的機構能夠最有效地服務於整個政府的多樣化客戶不斷增長的圖像和繪圖局需求；
2.目前的圖像和繪圖局能力的配置和安排，無法使某一機構充分開發利用強大的搜集系統的巨大潛力；
3.信息技術革命使圖像情報與繪圖共生成為可能，這種合作共生可以通過高度集中管理得以實現。
前情報界的官員們（特別是中央情報局）和國會中許多人都質疑該計畫的明智性。最主要的擔心在於，中央情報局所屬的國家圖像解讀中心人員移交到國防部圖像部門為國家政策決策者們服務，可能會由於轉為滿足軍方指揮者們的需求而有挫折感。然而，雖然反對意見不可能阻止新機構的成立，參議院情報特別委員會的確勸說參議院軍事委員會，修正立法允許國家圖像和測繪局成立，並規定中央情報局長維持對國家成像系統使用分配權力，而國防部長必須獲得中央情報局長的合作同意，才能任命國家成像和繪圖局局長。另外，參議院軍事委員會同意修正國家安全法案，明確規定國家成像和繪圖局的職責是向國家政策決策者提供情報支持。
國家圖像和測繪局如期於1996年10月1日成立，綜合了前一年11月底的陳述中提到的所有部門機構，再加上中央情報局情報處的圖像分析辦公室和國防發布計畫辦公室。它還將承擔中央情報局的開發與工程局的一些活動。這一合併與加強行動創造出一個大約有9000名僱員的機構——大約2000名圖像解讀人員，7000多名來自國防繪圖局。
正如中央圖像辦公室，國家圖像和測繪局成立授權源自1996年10月11日國防部長5105.60號令「國家圖像和測繪局」以及中央情報局長令。為突出強調這一事實，即該機構「將圖像、地圖、圖表和環境數據合併，綜合產生——地理空間情報——開發利用與分析圖像和地理空間信息，以描述，評估和實際描繪出地球的物理性質和地理學的參考性活動」，局長詹姆斯·克拉珀試圖將國家成像和繪圖局更名為國家地理空間情報局（National Geospatial-Intelligence Agency），2004年《國防授權法案》（National Defehorization Bill）授權通過的一個備用選擇，由時任總統喬治·布希（Gee W.Bush）於2003年11月24日簽字生效。
鑒於劃歸國家地理空間情報局的各機構之間距離較遠，該局最主要的部門最初並沒有在同一地點辦公，而是分散在許多地方，包括華盛頓海軍工廠（國家圖像解讀中心辦公地點）、華盛頓特區內（國防情報局所屬的辦公地點）、馬里蘭州的貝塞斯達（國防繪圖局總部）、密蘇里州的聖路易斯（國防繪圖局的航天與航空生產基地）、弗吉尼亞州的貝爾沃堡（國家偵察局電子傳送衛星地面站）。2011年1月，國家地理空間情報局開始搬進位於貝爾沃堡的新總部。當這個總部建成時，國家圖像和測繪局有大約9000名僱員，但計畫縮減至7500名。今天，國家地理空間情報局大約有16000僱員，絕大部分或者在貝爾沃堡，或者在聖路易斯基地工作。該局2013年預算需求為48億美元。
目前的國家地理空間情報局的授權文件是2009年7月29日國防部長令，特別規定了國家地理空間情報局的任務、組織機構和管理以及局長的職責和作用。它概括出局長的42項職責，涉及搜集地理空間情報、制定地理空間情報體系和標準、地理空間情報系統、地理空間情報培訓和教育、地理空間情報職能管理和項目管理以及地理空間情報相關的國際項目。這些職責包括以下要求：
●提供及時、符合需求的地理空間情報、支持、服務和信息；
●負責地理空間情報計畫、搜集、行動、分析、情報編製和分送；
●確定或整合國防部長的地理空間情報搜集需求，酌情分配或與國防部長直接負責的部門協調開展搜集行動，提供相關數據；
●監督和評估國防部部門開展地理空間情報計畫、項目制定、任務分配、搜集活動、處理、情報編製、使用、分送和保存，以滿足國家和軍方地理空間情報的需求，並在某種程度上獲國家情報總監授權，監督美國政府的其他部門從事地理空間情報搜集活動；
●代表國防部長負責領導指揮制定地理空間情報標準和規定，地理空間情報相關的授權、執行準則與體系，以及地理空間情報任務分配、搜集、處理、利用和國際地理空間信息；
●制定完善的地理空間情報相關的系統架構體系，滿足國家和國防信息基礎設施的要求和標準；
●開發、購買、接管地理空間情報相關的系統設施；
●擔任項目負責人，在國家情報計畫框架內，負責國家地理空間情報計畫；
●建立並保持與外國政府及國際組織的地理空間情報合作與計畫。
如圖2.8所示，國家地理空間情報局的組織架構包含了五個業務處。分析處是圖像解讀專業人員的原本部門，重點放在特定的國家和地區以及諸多特別關注點，如預警、全球導航和反擴散。他們「向政策制定者、軍事戰略決策者提供地理空間情報和服務，並根