大禹治水的故事家喻户晓，据《史记》记载，他“左准绳，右规矩”，手执测绘工具，“行山表木，定高山大川”。据传说，黄河之神河伯曾送给大禹一块刻着黄河流域地图的石板。这些都是当时地图测绘的反映。平治洪水后，大禹巡行天下，划华夏大地为九州，并调查各地的物产与土地，以此确定贡赋，由此形成了先秦地理名著《禹贡》。从此之后，“九州”成为中华大地的代称，“禹贡”则成为地理著作的专称。
要画出地图，首先要进行测量，古人的测量方法由简到繁，发展出诸多办法。
据《春秋纬》说，五帝之一的炎帝，为了度量大地而远涉几十万里。大禹也曾派遣太章从东到西、竖亥自北至南步量国土，可见当时步量(踏勘)是大地测量的基本方法之一，以至于几千年之后，还有人把地图命名为《禹迹图》，意即大禹的足迹。
依据西汉刘歆《西京杂记》记载，当时有一种记道车，可以计算行路里程，东汉张衡将其改进后称为记里鼓车。这种车利用差速齿轮原理，行车十里则敲鼓一次，敲鼓满十则敲钟一次，大大提高了里程测量速度。
立杆测影是利用测量日影的长度推测距离、位置的方法。具体方法是：在同一天的中午，在南北方向两地分别竖起同高的表杆(通常高8尺，相当于1.88米)，然后测量表杆的影子，并根据“寸影千里法则”(日影差一寸，实地相距千里)推算南北两地距离，并把夏至日的影长为1.5尺的地方视为方形大地的中心。据《周礼》记载，这个地点在阳城(今河南登封)，这也反映了古人“天圆地方”的观念。
“寸影千里”是相当粗略的经验值，后来被南朝天文学家何承天、隋代天文学家刘焯和唐代天文学者僧一行、南宫说等的理论和实测所否定。
早在西汉的《淮南子》中，就记载了测量太阳高度的基本方法，到三国时，吴国人赵爽在为《周髀算经》作注时，绘制了日高图。日高图是利用双杆测量日影推算太阳高度的示意图，利用相似三角形边长成比例的原理测得太阳高度和两地的较远距离，为间接测量提供了方法。数学家刘徽说：“凡望极高，测绝深，而兼知其远者，必用重差。”他流传至今的《重差》有9个算例，包括测算海岛、山松、楼房的高度，测算城池的大小，测算涧谷的深度，测算河口、湖塘的宽度等。
汉代以后，先后发明了浑天仪、覆矩、牵星板等测量工具，天文测地活动更加活跃，方法更为精密，先秦常用的步量、丈量、立杆测影方法也仍然具有生命力。到了明代万历十年(1582年)，意大利传教士利玛窦来华，带来了西方的天文测地方法。为了编修历法，在礼部侍郎徐光启的主持下，崇祯二年(1629年)，成立了由西方来华人员参加、采用西方测算方法的西局，并与采用中国传统天文测量方法的中局一起，共同进行天文观测。经过5年的准备，制造了象限大仪、纪限大仪、平悬浑仪、列宿经纬天球、万国经纬地球、候时钟、望远镜等10种新式仪器，并开始实施以测时刻、定方位、测子午、测北极高度为内容的实际观测，西法取代中法的趋势已经显露出来。清代前期与后期两次全国性地图测绘，都采用了近代西方天文测绘方法。
方向、图例、比例尺：古人怎样画地图
明末彩绘本《固原州舆图》非常奇怪，整个地图呈放射状，绘图者立在中央，地图呈现的是其面向四方看到的情景；而且与现在常用的上北下南方向不同，此图是上东下西左北右南。据国家图书馆古籍馆副馆长苏品红介绍，依古代的科技水平，很容易确定方向，但古人绘制地图经常根据现实需要来确定方向，有时会标注，有时不标。
明代罗洪先编的《广舆图》被一张方格网均匀分割开来，像是现代的经纬线。据介绍，这是古代按比例尺绘制地图的辅助线，称为“计里画方”，方格中边长代表实地里数。据记载，此法始于我国晋代裴秀提出的“制图六体”原则。“六体”一为“分率”，即今之比例尺；二为“准望”，用以确定地貌、地物彼此间的相互方位关系；三为“道里”，用以确定两地之间道路的距离；四为“高下”；五为“方邪”，即地面坡度的起伏；六为“迂直”，即实地高低起伏与图上距离的换算。这在我国地图史上具有里程碑意义。裴秀曾以一寸折百里的比例编制了《地形方丈图》，唐代的贾耽以每寸折百里的比例编制了《海内华夷图》，北宋的沈括以二寸折百里编制了《天下州县图》(又称《守令图》)。到了元代，朱思本用此方法绘制的全国地图《舆地图》，精确性又超过前人，并为明代《广舆图》的绘制提供了参考。
《广舆图》与现代地图的面貌相去无几，精确但显得单一，而清代的《避暑山庄全图》、《江西全省图》、《五台山胜境图》、《西湖行宫图》等，画面上山峦重叠，建筑精巧细致，笔墨精妙，让人很难分辨这到底是山水画还是地图。据介绍，这是我国传统地图绘制的形象画法。
《郑和航海图》就是根据郑和远航“西洋”所绘的路线图。全图以南京为起点，最远至非洲东岸的慢八撒(今肯尼亚蒙巴萨)，图中标明了航线所经亚非各国的方位，航道远近、深度等。
《坤舆万国全图》是明内廷根据利玛窦的手绘本摹绘的。利玛窦带来的世界地图在1584年完成了中文标注出版，取名《山海舆地全图》。这幅精美的地图曾引起当时士大夫们的极大兴趣，但当听说中国仅仅是东方的一部分，而且所占面积竟是如此之小，没有置于全图的中心时，大臣们非常愤怒。利玛窦于是在后来绘制此图时，便把本初子午线进行了投影转移，将中国绘在正中央。
利玛窦和后来的传教士教会了中国人使用经纬度定位法。《山海舆地全图》显示地球为圆形，这无疑使中国人的宇宙观念和中国的地图学说产生了革命性的飞跃。到了清朝康熙年间，人们用实地测量和西方的经纬线投影法，历时10年完成的《皇舆全览图》，就是一幅我国在科学的地理观和科学的方法指导下绘制的实测全国地图，其意义十分深远。