实验室实行主任负责制。下设八个研究机构，分别为数字地球理论与系统研究室、光学对地观测研究室、微波对地观测研究室、数字陆地系统研究室、数字海气系统研究室、数字遗产研究室、数字灾害与农业研究室和遥感综合实验场；挂靠五个机构，分别为国际数字地球学会（ISDE）、联合国教科文组织国际自然与文化遗产空间技术中心（HIST）、国际科联灾害风险综合研究计划国际办公室（IRDR-IPO）、中国科学院-第三世界科学院空间减灾卓越中心（SDIM）、地球大数据专项办。