GPS系統包括三大部分：GPS衛星星座（空間部分）、地面支撐系統（地面監控部分）、GPS接收機（用戶部分）。
1．GPS衛星星座（空間部分）
GPS衛星星座由21顆工作衛星和3顆在軌備用衛星組成，記作（21＋3）GPS星座，衛星高度為20 000km，運行週期12h。24顆衛星均勻分佈在6條升交角相隔60°的軌道平面上，軌道傾角為55°。每個軌道平面內各衛星之間的升交角相差90°，軌道平面的衛星數量隨著時間和地點的不同而有所變化，最少時可觀測到4顆，最多可觀測到11顆。具有這種軌道參數的衛星，其發射的信號能覆蓋地球表面積的38%。衛星運行在軌道的任何位置上，對地面的距離和信號波覆蓋面積基本不變，且在信號波覆蓋區域內，用戶接收到的衛星信號強度近似相等，這對提高定位精度十分有利。這種特性使得GPS在全球任何地方、任何惡劣的氣候條件下，都能為用戶提供24h不間斷的免費服務。
2．地面支撐系統（地面監控部分）
對於導航定位來說，GPS衛星是動態已知點。衛星的位置是以衛星發射的星曆——描述衛星運動及其軌道的參數——計算得出的。每顆GPS衛星所播發的星曆是由地面監控系統提供的。衛星上的各種設備是否正常工作，以及是否一直沿著預定軌道運行，都要由相應的地面設備進行檢測和控制。地面監控系統另一重要作用是保持各衛星處於同一時間標準。這就需要地面站檢測出各衛星的時間，求出時差，然後由地面注入站發給衛星，衛星再通過導航電文發送給用戶設備。
地面監控部分由分別在全球的若干個跟蹤站所組成的監控系統構成。根據其作用的不同，這些跟蹤站又被分為主控站、監控站和注入站等類別。主控站的任務是根據各監控站對GPS的觀測數據，計算出衛星的星曆和衛星鐘的改正參數等，並將這些數據通過注入站傳輸到衛星中去。主控站還對衛星進行控制，向衛星發佈指令，糾正衛星的軌道偏離，而當工作衛星出現故障時，由主控站發出指令調度備用衛星，替代失效的工作衛星工作。另外，主控站還負責檢測整個地面檢測系統的工作，檢驗傳輸給衛星的導航電文是否正確，檢測衛星是否將導航電文正確發送給用戶等。
3．GPS接收機（用戶部分）
用戶部分包括用戶組織系統和根據要求安裝的相關設備，其中心設備是GPS接收機，GPS接收機是一種特製的無線電接收機，用來接收導航衛星發射的信號，並以此計算出定位數據。GPS接收機能夠捕獲到按一定衛星高度截止角所選擇的待測衛星的信號，並跟蹤這些衛星的運行，對所接收到的GPS信號進行變換、放大和處理，以便測量出GPS信號從衛星到接收機天線的傳播時間，解譯出GPS衛星所發送的導航電文，實時地計算出監測站的三維位置，甚至三維速度和時間。完整的GPS用戶設備由接收機硬件和機內軟件以及GPS數據的後期處理軟件構成。
GPS的定位方式有多種，根據定位的模式可分為絕對定位和相對定位。絕對定位也叫單點定位，通常是指在協議地球座標系中直接確定檢測站相對於座標系原點（地球質心）絕對座標的一種定位方法。利用GPS進行絕對定位的基本原理是，以GPS衛星和用戶接收機天線之間的距離（或距離差）觀測量為基礎，並根據已知的衛星瞬時座標來確定用戶接收機在空間直角座標系中的座標，或轉換成用戶所需的地理座標，即監測站的位置。相對定位在兩個或若干個測量站上，設置GPS接收機，同步跟蹤觀測相同的GPS衛星，測定它們之間的相對位置。相對定位是幾點同步觀測GPS衛星的數據進行的定位，因此能有效地消除或減弱許多相同的或基本相同的誤差，如衛星鐘、衛星星曆的誤差，衛星信號在大氣中的傳播延遲誤差和SA政策（即有選擇可用性政策）的影響等，從而獲得很高的相對定位精度，因此在大地控制網、精密工程測量、地球動力學、地震監測網和導彈火箭發射控制等方面都有廣泛應用。
根據定位時接收機的運動狀態，GPS又可分為靜態定位和動態定位兩種方式。靜態定位指的是GPS接收機在捕獲和跟蹤GPS衛星的過程中固定不動，接收機高精度地測量GPS信號的傳播時間，利用GPS衛星運行軌道的已知位置，計算出接收機天線所在位置的三維座標。所謂動態定位是在進行定位時設定GPS接收機的天線在整個觀測過程中的位置是變化的，是接收機對物體運動軌跡的測定。
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