System składa się z trzech segmentów: kosmicznego, naziemnego i użytkownika. Segment kosmiczny tworzy konstelacja satelitów orbitujących wokół Ziemi na średniej orbicie okołoziemskiej, segment naziemny obejmuje stacje kontrolne i monitorujące, a segment użytkownika stanowią odbiorniki wykorzystujące sygnał do wyznaczania pozycji, prędkości i czasu. Działanie polega na pomiarze czasu dotarcia sygnału radiowego z satelitów do odbiornika. Depesza nawigacyjna zawiera m.in. efemerydy, dane almanachu, poprawki zegara i informacje o stanie systemu. Odbiornik wykorzystuje te dane do wyznaczenia własnej pozycji – zwykle w układzie odniesienia WGS 84 – oraz czasu GPS.
Program GPS uruchomiono w 1973 roku, a pełną zdolność operacyjną ogłoszono w 1995 roku. Wyłączenie w 2000 roku celowego pogarszania dokładności sygnału cywilnego przyspieszyło upowszechnienie precyzyjnej nawigacji cywilnej. System jest stale modernizowany przez wprowadzanie nowych sygnałów cywilnych i wojskowych oraz kolejnych generacji satelitów.