作为地理学的二级学科和地球信息科学的主要研究内容，地图学与地理信息系统着重研究地理空间信息的表达、分析、显示和共享。 中国科学院地理科学与资源研究所主要研究方向包括以下几方面：
地球信息机理研究重点开展地球信息传输机理、空间信息与地图认知﹑空间信息的不确定性、地球信息尺度转换等理论与方法。
现代地图学理论与应用技术重点开展地球信息图谱﹑地图语言与地图概括﹑综合制图与地图集的理论和方法研究;多维数字地图与虚拟地图研究;现代地图技术应用研究等。
地理信息表达与数据模型探讨多维、动态的空间数据表达模型，建立新型的数据结构；研究基于自然语言的空间关系认知表达与形式化空间关系的映射机制，设计发展相应的符号系统和运算规则。
资源环境信息系统的构建﹑集成、更新与信息共享重点研究资源环境及社会、经济、人口数据的集成与数据库建设，对地观测专题分析﹑区域专题制图及特殊地理环境等各类数据并实现其时空系列化﹑标准化,地理空间信息的规范与标准研究，地理信息的互操作与网络共享。
地理空间分析与分布式地学计算空间信息探索和表达模型、空间统计模型、空间相互作用模型、时空预报模型、时空动力学机理模型、时空运筹理论和空间信息误差传递模型；分布式计算体系，分布式计算环境的模型集成，大容量地理数据的传输、压缩等，以及高性能计算技术、计量经济模型应用于空间分析等，地理复杂系统模拟与地学科学预测模型研究。
地理信息系统前沿技术与应用研究“数据-软件-模型-网络”一体化的地理信息技术, 发展网络化、分布式的地理信息系统，研究和探讨地理信息系统应用的模式和示范应用系统建设等。