通过在数据存储层（在各种数据库管理系统、文件或可扩展标记语言 [XML] 中进行管理）之上的应用程序层执行高级的逻辑和行为，地理数据库实现了多层应用程序架构。地理数据库的应用逻辑支持一系列通用地理信息系统 (GIS) 数据对象和行为，如要素类、栅格数据集、拓扑、网络以及其他高级功能。
ArcGIS 软件和数据库管理系统或文件共同负责管理地理数据集。对于企业级地理数据库，地理数据集管理的某些方面（如基于磁盘的存储、属性类型的定义、关联查询处理和多用户事务处理）已委派给数据库管理系统。GIS 应用程序负责定义特定方案，该方案用于表示各种地理数据集和属性域特定的逻辑，以保持基础记录的完整性和实用性。
实际上，数据库管理系统被用作一系列存储地理数据集的实现机制之一。但是，数据库管理系统或文件结构没有完全定义地理数据的语义。因此可以认为，地理数据库采用多层架构（即数据存储和应用逻辑），其中与数据存储和检索相关的各个方面以简单表的形式在数据存储层中实现，而高级数据完整性和信息处理功能在应用逻辑或域软件 (ArcGIS) 层中实现。
地理数据库的逻辑层与存储层的分离为大量文件类型、数据库管理系统和 XML 提供了开放支持。例如，Data Interoperability 扩展模块为 ArcGIS 提供了可访问几乎所有要素和表格数据格式的功能。此扩展模块提供了一种通过地理数据库逻辑读取和使用大量数据格式的方法。