O Instituto Xeográfico Nacional foi creado en 1870 dependente xa do Ministerio de Fomento. Os seus traballos centrábanse na cartografía, as triangulacións xeodésicas e os pesos e medidas.
En 1900 pasou a depender do Ministerio de Instrución Pública, integrándose a astronomía dentro das competencias do Instituto ao incorporarse ao mesmo o Observatorio Astronómico de Madrid en 1904.
Ao finalizar a guerra civil en 1939, como outros servizos considerados estratéxicos, pasou a depender directamente da Presidencia do Goberno, ata que en 1987 por acordo do Consello de Ministros volve depender do Ministerio de Obras Públicas, á vez que se crea o Centro Nacional de Información Xeográfica.
Entre 1939 e 1977 a súa denominación foi Instituto Xeográfico e Catastral. Mantivo ata 1991 as competencias en materia de metroloxía, que nese ano pasaron ao Instituto Nacional de Metroloxía.
A actual estrutura e funcións son, basicamente, froito das remodelacións de 1995.