Technologie byla původně vyvinuta Ministerstvem obrany Spojených států amerických pro armádní účely – například ke sledování pozic vojenských jednotek nebo zaměřování cílů.
V 80. letech 20. století se však americká vláda rozhodla systém s omezenou přesností zpřístupnit i civilnímu obyvatelstvu, což vedlo k rychlému rozšíření GPS navigace v turistice, dopravě, geodézii a dalších oblastech.
Přesného určení polohy a času je v systému GPS dosaženo díky dokonalé souhře jeho tří vzájemně propojených částí – kosmického, uživatelského a řídícího segmentu.
Kosmický segment
Kosmický segment je tvořen soustavou 31 navigačních družic, které se nacházejí na oběžné dráze Země ve výšce přibližně 20 200 km. Družice jsou nepravidelně rozmístěny na šesti přesně definovaných kruhových drahách, po kterých se pohybují rychlostí 3,8 km/h.
Každá z nich oběhne Zemi dvakrát za jeden hvězdný neboli siderický den, který trvá 23 hodin a 56 minut. Během svého pohybu vysílají družice neustále informaci o své poloze v tzv. navigační zprávě, která obsahuje i aktuální údaje o jejich technickém stavu.
Jelikož má každá družice své unikátní číslo a vysílá jiný kód, lze z přijatého signálu snadno určit, odkud byl vyslán.
Uživatelský segment
Uživatelský segment pak představují nejrůznější typy zařízení pro pasivní příjem a zpracování družicového signálu, díky kterým obdrží koncový uživatel GPS systému údaje o své poloze.
Oběžné dráhy i rozmístění družic jsou optimalizovány tak, aby bylo z každého místa na zeměkouli možno přijímat signál alespoň od čtyř různých satelitů.
K tomu, aby mohl GPS přijímač určit svoji polohu, potřebuje totiž zpracovat data o přesné poloze minimálně tří družic a údaje od čtvrté z nich mu pak slouží ke kontrole a potvrzení výsledku. Má-li přijímač možnost zachytit signál od vícero družic, je určení jeho polohy ještě přesnější.
Například v České republice lze většinou přijímat v jeden okamžik data od osmi navigačních družic.
Jelikož GPS signály urazí během cesty z oběžné dráhy k Zemi velmi dlouhou vzdálenost, jejich intenzita na zemském povrchu je velmi malá.
Přijímač dokáže družicový signál nejlépe zachytit na místech s přímým výhledem na oblohu, na níž se v ideálním případě nachází dostatečný počet družic, rozmístěných daleko od sebe.
Naopak nejhůře lze GPS signál přijímat uvnitř budov, v podzemí, v průmyslové nebo městské zástavbě s vysokými objekty, v okolí velkých hor a v blízkosti mostů či dalších konstrukcí.
Řídící segment
Třetí částí GPS systému je tzv. řídící segment, který je tvořen různými typy pozemních stanic. Ty monitorují a vyhodnocují signál z kosmických družic a starají se o údržbu i řízení celého systému.