这一重大的地图测绘工作，是在康熙皇帝的亲自主持下完成的。他说过，为这项工作他花费了“三十余年之心力，始克告成”。
在绘制之前，经历了一段较长时间的酝酿和准备过程。据《清实录·圣祖实录》卷一二六记载，康熙二十五年(公元1686年)，在给《一统志》总裁勒德洪的上谕中，即说：“惟是疆域错纷，幅员辽阔，万里之远，念切堂阶……特命卿等为总裁官，其董率纂修官，恪勒乃事，务求采搜闳博，体例精详，厄塞山川，风土人物，指掌可治，画地成图。”二十九年(公元1690年)，《中俄尼布楚条约》签订后，为了解俄国使团的来华路线，康熙曾查阅了一幅西方地图，发现图中关于亚洲和中国的标绘粗陋，简略不详，于是决心对中国版图进行实测，绘制新图。其后他从广州购入仪器，三次亲征噶尔丹及巡视东北、江南时，都令随行传教士测定所至地方的经纬度。为了统一测量的长度单位，他亲自规定使用工部营造尺作标准，200里合地球经线1度，每里1800尺，每尺合经度1%秒。这是世界上最早采用的以地球的形体来定尺度的方法，18世纪末法国才以赤道之长来定米制的长度。四十一年(公元1702年)，他令测定经过中经线霸州(今河北霸县)到交河的距离。四十六年(公元1707年)，又令在京师附近进行测量，并绘制地图，他亲自校勘，认为远胜旧图。此时，康熙认为条件已经成熟，便下令进行大规模的测量和绘图。
在实测基础上，绘制了《皇舆全览图》和32幅分省(区)图。这是中国第一次采用投影方法绘制而成的地图，对后世中国地图的绘制有着很大的影响。关于这些地图的资料，还由传教士带到欧洲，在欧洲影响颇深。
康熙五十七年(公元1718年)完成的《皇舆全览图》，是世界上通过实测而绘制的第一份大范围地图，是我国乃至世界测绘史上前所未有的创举。
正式的测绘工作从康熙四十七年(公元1708年)开始，由法国传教士白晋、雷孝思、杜德美等人负责。他们先从长城测起，对长城上各门、各堡，附近城寨、河谷、水流，都进行了测量，并绘有“长城图”。之后，测量了东北地区。其间测得了北纬41°—47°间每度的距离，发现经线随纬度的增加而增长，当时虽还不能明了其中的道理，但却是关于地球为扁圆形的首次实证。康熙五十年(公元1711年)，为加快测量的进度，康熙命增添人员，分成二路同时并进，先后到山东、新疆、喀尔喀蒙古(今蒙古境内)、甘肃、陕西、山西、江苏、浙江、福建、台湾、江西、广东、广西、云南、四川、贵州、湖北、湖南等地进行测绘。全国性的实测于五十六年(公元1717年)完成，计测得经纬点641个。此外，还曾派人到西藏测量，虽因故测量人员只到达恒河源，但却首次发现了珠穆朗玛峰。
