坐标系，也被称作地图投影，是空间数据的任意表征。它们可为地球表面上某一特定地点或区域提供共同的沟通基础。使用坐标系最关键的问题有两个：一是要了解使用的是何种投影；二是将正确的坐标系信息与数据集相关联。坐标系有两种类型 - 地理坐标系和投影坐标系。
地理坐标系使用三维球面来定义地球上的位置。它包括测量的角度单位，本初子午线和基准面（基于旋转椭球体）。在地理坐标系中，使用经度和纬度值来引用一个点。经度和纬度是从地心到地球表面上某点的测量角。通常以度或百分度为单位来测量该角度。
投影坐标系在二维平面中进行定义。与地理坐标系不同，在二维空间范围内，投影坐标系的长度、角度和面积恒定。投影坐标系始终基于地理坐标系，而后者基于球体或旋转椭球体。
在投影坐标系中，通过格网上的 x,y 坐标来标识位置，其原点位于格网中心。每个位置均具有两个值，这两个值是相对于该中心位置的坐标。一个指定其水平位置，另一个指定其垂直位置。
起初在绘制第一张地图投影时，人们错误地以为大地是平坦的。后来这个假定得到了修订，地球被认为是完美的球体。十八世纪，人们开始意识到地球并不是完美的球体。此为制图旋转椭球体概念的萌芽阶段。
为更准确地表示地球表面上的位置，地图制作者研究了地球的形状（测地学），并形成了旋转椭球体的概念。基准面将旋转椭球体与地球表面的特定部分相关联。当前的基准面用于与整个地球表面更好地吻合。
以下是北美洲最常用的基准面：
- 使用 Clarke 1866 旋转椭球体的北美洲基准面 (NAD) 1927
- 使用大地参考系 (GRS) 1980 旋转椭球体的 NAD 1983
- 使用 WGS 1984 旋转椭球体的世界坐标系 1984
更新的旋转椭球体基于卫星测量数据建立，比 19 世纪和 20 世纪早期建立的椭球体更为准确。
您会注意到术语“大地坐标系”和“基准面”被互换使用。
即使使用相同的地图投影和投影参数，某位置的坐标也会因其所在的基准面及旋转椭球体的不同而发生变更。例如，下方所列的是分别使用 3 个不同基准面时华盛顿州贝灵厄姆市的地理坐标：
| 基准面 | 纬度 | 经度 |
|---|---|---|
NAD 1927 | 48.7440490722656 | -122.466903686523 |
NAD 1983 | 48.7438798543649 | -122.46818353793 |
WGS 1984 | 48.7438798534299 | -122.46818353793 |
良好的数据管理原则要求从提供数据的数据源获取坐标系信息。不要凭猜测确定数据的坐标系，因为这会造成 GIS 数据库不准确。以下是必要的参数：
Geographic coordinate system (Datum)
Unit of measure
Zone (for UTM or State Plane)
Projection
Projection parameters
有的地图投影可能会需要投影参数。例如，阿尔伯斯和兰勃特圆锥投影需要以下参数：
1st standard parallel
2nd standard parallel
Central meridian
Latitude of origin
False easting
False northing
Unit of measure
可以使用“数据管理”工具箱中的定义投影工具来定义数据的坐标系。
如果数据带有坐标系定义，但是与组织使用的典型坐标系不匹配，则可以重新投影数据。可以使用“数据管理”工具箱中的投影工具或投影栅格工具重新投影地理数据库要素数据集、要素类、shapefile 或栅格数据集中的数据。