2002年8月在南非约翰内斯堡召开的“可持续发展世界首脑会议”，强调为实现联合国千年发展目标，应对地球状况进行协调观测。2003年6月在法国召开的“八国集团首脑会议”上，确认地球观测是优先活动。2003年7月在美国华盛顿召开的“第一次地球观测部长级峰会”上，通过了一个政治承诺声明，推动发展一个全面、协调和可持续发展的地球观测系统，同时成立了GEO特设工作组（Ad Hoc GEO，欧盟、日本、南非和美国担任共同主席）。2004年4月在日本东京召开的“第二次地球观测部长级峰会”上，通过了GEOSS十年执行计划框架文件。2005年2月在比利时布鲁塞尔召开的“第三次地球观测部长级峰会”上，通过了全球综合观测系统（GEOSS）十年执行计划（2006-2015），并决定成立地球观测组织（GEO）负责该计划的组织实施。2005年5月在日内瓦世界气象组织（World Meteorological Organization, WMO）总部召开了GEO第一次全会，成立了GEO，并选举产生12个执行委员会成员国和4个联合主席国（中国、美国、欧盟委员会、南非）。
GEO第一次部长级峰会暨第四届全会于2007年11月28-30日在南非开普敦举行。本次峰会发布了峰会宣言，决定就GEOSS数据共享原则的实施达成共识发起工作，同时决定探索建设GEOSS和维持其持续运行的方式方法，并共同努力提升地球观测、预报及信息系统的互操作性和访问权限。
GEO第一次部长级峰会暨第四届全会于2010年11月3-5日在中国北京举行。本次峰会审议了GEOSS实施情况的中期评估结果。峰会发布了《北京宣言》，最大化了GEO框架下数据集的完整和开放程度，并制定了灵活的政策框架，以保证数据共享环境更加开放。
GEO第三次部长级峰会暨第十届全会于2014年1月15-17日在瑞士日内瓦举行。本次会议通过了《日内瓦宣言》，其中包括指导制定详细的2015-2025年GEOSS实施计划的深层次建议。
GEO第四次部长级峰会暨第十二届全会于2015年11月11-13日在墨西哥墨西哥城举行。本次会议发布了《墨西哥城宣言》，确定GEO及其共享数据面向支持联合国2030可持续发展议程、仙台减灾框架以及气候变化三大优先事项开展工作，并通过了GEO 2016-2025年战略执行计划，呼吁GEO进一步着眼于用户和利益相关者，并支持数据共享。
六、GEO第五次部长级峰会暨第十六届全会
GEO第五次部长级峰会暨第十六届全会于2019年11月4-9日在澳大利亚堪培拉举行。本次会议发表了《堪培拉宣言》，指导GEO未来在地球观测与数字经济融合、推动发展中国家能力建设等工作，鼓励发展中国家和环境脆弱国家加入GEO并吸纳企业参与GEO工作。