地理信息系统的应用即人应用GIS对地球表层人文经济和自然资源及环境等多种信息进行管理和分析，以掌握城乡和区域的自然环境和经济地理要素的空间分布、空间结构、空间联系和空间过程的演变规律，使它成为国家宏观决策和区域多目标开发的依据，从而为区域经济发展服务。
地理信息通过数值化录入，压缩存贮与系统管理，便于维护和提取，而且成本低、速度快，可以对地理学理论模式进行快速的和重复的分析测试（例如土地适宜性分析），便于在短期内对大范围地区进行科学和政策标准的评价；可以有效地对多时期的变化进行动态监测和分析比较；可以将数据收集、空间分析和决策过程综合为一个共同的信息流，这在工作效率和经济效益上都明显地占有优势。因而，地理信息系统在国内外都有成功的应用实例。如美国三里岛核电站事故中就是应用地理信息系统及时作出判断与决策；又如利用地理信息系统进行世界小麦大面积估产、全球大气环流形势和海况预报、环境管理；加拿大应用CGIS完成全国土地资源潜力估算；中国西南地区国土资源信息系统用于资源分析、评价、预测和合理开发利用等。
一、管理和决策对地理信息系统的要求
城市与区域研究要求地理信息系统在信息表示、管理和分析方面满足其空间、动态、定量和综合性要求。
1.区域地理信息的表示与管理：区域地理实体或景观表现为多种空间类型，可大致抽象为点、线、面三种类型。点，具有几何确定位置，在空间分析中将某些具有一定空间的地理实体（如城市）抽象为点：线具有一定的走向和长度，表示线状地物或点之间的地理联系，最重要的线状地物为交通线；面具有确定的范围和形态，表示空间连续分布的地理景观或作用范围。点线结合组成网络；线面结合成为地带；面点结合成为地域类型；点线面结合组成区域。
用于城市和区域研究的地理信息系统必须有效地表示地理空间上点线面实体。其数据拓扑结构由点（Point）、弧（Arc）、多边形（Polygon）、数据平面（Plane）等四个级别组成。弧可以用来表示地理线，多边形用来表示地理面，数据平面用来表示空间区域内某一方面地理要素的内容。
城市与区域研究具有高度综合性，涉及自然、社会、人文经济等多方面的要素，因此GIS不仅要采用几何图形表示空间位置，还必须以属性方式表示图形的地理意义。前已述及属性可以是定性的名称、类型和特征，也可以是定量表示的数量和等级。图形和属性是地理模型抽象的产物，图形是几何的抽象，属性是概念和度量的抽象，二者之间存在有机的联系。在GIS中要求既可以在属性意义上进行空间查询和分析，又可以空间定位地进行属性列表、统计运算和属性信息处理，并支持图形-属性空间分析模型。属性的图形基础可以是地理景观单元，也可以是空间坐标像元，视研究者要求而定。
目前正在发展一种面向对象的数据库（Object Oriented Database），根据地理景观的结构特点，设计空间数据结构，实现属性和图形在数据结构上的统一。
城市和区域的信息管理，要求数据项的选择应符合区域模型，要素过多会拖长系统建立和数据更新周期，失去动态性特点；要素不足，不利于全面的综合分析。此外，区域地理要素既相互关联，在形态和类型上又很不一致，既有具体的，又有抽象的，GIS数据结构要适合于各种形态，要素之间的地理关系也力求在数据结构中得到正确的反映，数据库要具有开放性。
地理区域具有层次性，因此对于区域信息管理也必须按照区域等级系统划分为不同的层次，具有不同的精度。对于较大尺度的地理区域，信息量较大，在GIS中要求采用适用的编码方法进行数据压缩，减少冗余。为满足区域综合空间分析的要求，区域要素要按照共同的地理空间配准。