明末清初，不少西方基督教傳教士遠渡重洋，來到我國進行傳教活動，為了取得中國士大夫的信任，他們也不斷將西方帶來的科學技術知識介紹給中國人民。如明萬曆初年來華的意大利傳教士利瑪竇(公元1552—1610年)就曾繪製了多種世界地圖(如《山海輿地全圖》、《坤輿萬國全圖》等)，介紹西方地理知識和成就。由於他的地圖是運用西方科學的地球球體觀念、經緯度和科學投影法來繪製，同時又吸收了地理大發現的新知識。因此，他的地圖就給中國人帶來一個新的世界，給中國人的地理觀念和認識以很大衝擊。如通過他的地圖，給人們介紹了有關地球說和寒、溫、熱帶的劃分；介紹了整個世界地理概貌：當時已將世界分為五大洲，即歐羅巴(歐洲)、利未亞(非洲)、亞細亞(亞洲)、南北亞墨利加(南北美洲)、墨瓦蠟泥加(澳洲)，同時還把五大洲的位置及四鄰界址作了扼要說明；各洲之上還標出了漢語國名，河、湖、海、島名稱。其中一些名稱一直延用至今，如地中海、尼羅河、羅馬尼亞、羅馬、古巴、大西洋、加拿大、南極、北極、地球、經緯線、赤道、北極圈等。此外，他還以科學方法測定了中國許多地方(如北京、杭州、西安、太原等)的經緯度。指出繪圖中經緯度的重要性，以及經緯度的表示方法等。
利瑪竇之外，其他傳教士如蔣有仁、艾儒略、南懷仁等也都向中國介紹了不少新的地理知識，擴大了清初人們的地理視野。也提高了投影法、經緯度測量在地圖製作中的重要性和意義。
正是在這種新知識的刺激下，清初康熙、乾隆兩朝採用西方科學方法，進行了兩次大規模的全國大地經緯度測量和地圖編制工作。
自康熙四十六年(公元1707年)在北京附近試測並繪製地圖，到康熙五十六年(公元1717年)康熙皇帝聘請外國傳教士雷孝思、杜德美、白晉等人率領我國測繪人員，進行了歷時10年的我國第一次大規模全國大地測量工作。共測繪了全國641個(未計西藏)經緯度基點，其中北直隸48處，江南37處，山西28處，山東28處，浙江30處，河南29處，江西30處，陝西28處，湖廣54處，四川28處，廣東37處，海南島7處，貴州25處，福建30處，雲南30處，蒙古93處，遼東8處，廣西28處，台灣7處，吉林、黑龍江36處。此外，還派在欽天監學習過數學的喇嘛楚儿沁藏布蘭木佔巴等前往西藏進行測量(後因遇叛亂騷擾，到恒河源後便停止了)。因為西北地區新疆準噶爾貴族叛亂，所以當時的測量只限於哈密。到乾隆時期，平定了新疆等地叛亂後，即開始了第二次對全國經緯度的測量。這次主要工作是：在內地調整測繪了一些經緯基點；兩次(1756年、1759年)補測了新疆地區的經緯點，獲得哈密以西至巴爾喀什湖以東、以南地區約90個點的經緯度數據。
利用這兩次大地測量數據，採用經緯度和投影法，清初先後編繪了兩種全國地圖，即康熙五十六年至五十七年(公元1717—1718年)製作的《皇輿全覽圖》和乾隆時期的《乾隆內府輿圖》。 《皇輿全覽圖》以經過北京的經線為子午線，圖幅範圍由子午線向西40多度；向東至東海；北到北緯55度。包括內地各省以及東北各省、內外蒙古、台灣及哈密以東地區。全圖由28幅分圖組成，比例尺為1∶40萬—1∶50萬。康熙五十八年(公元1719年)又將楚儿沁藏布蘭木佔巴等繪製的西藏圖補入總圖中。 《乾隆內府輿圖》(又名《乾隆十三排圖》)是在《皇輿全覽圖》的基礎上，吸收了新疆等地的新測量成果，於乾隆二十五一二十七年(公元1760—1762年)繪製的，也是採用經緯度和投影法製成的地圖。它所涉及的範圍約大於《皇輿全覽圖》一倍，圖上的地理範圍：以中國為中心，西至波羅的海、地中海；北至俄羅斯北海；南至瓊島(海南島)；東至海。是一幅真正意義上的亞洲地圖。
這些在大地測量基礎上編制的地圖，不僅是製圖技術進步的標誌，無疑也是我國人民對當時中國及其周邊地區地理深入認識的一個標誌。它比過去任何時代都要深入、仔細。例如世界最高峰珠穆朗瑪峰就是在康熙時代測量時，首次明確載入地圖。這要比印度測量局的英國測量員額非爾士對珠峰的測量(公元1852年)早135年。
此外，配合清初大地測量還有兩件重要的地理觀念產生。一是在總結實測經緯度數據的基礎上，為了製圖計算方便，規定以當時的工部營造尺(1尺=0.317米)為標準，1800尺(即180丈)為一里。即每尺剛好合經線百分之一秒。把長度單位與地球經線每度弧長聯繫起來，這在當時是一個創舉，是以球形體來確定尺度的最早嘗試，比18世紀末法國人以赤道長度來規定米製要早約80年。另一件事是，在康熙時的測量中，通過對穿過中央子午線的霸州(39°N)至交河(38°N)間弧長，與東北齊齊哈爾以南，北緯41度至47度同一經線上的弧長比較，發現東北地區1度的弧長比交霸間1度的弧長要長，而且越向北經線1度的距離越長。這種經線不等距的發現，實際上是最早為“地球扁圓說”提供的實證資料。
由於受西方科學地理學原理和方法的影響，以及長期的地理知識積累，清初出現了幾位具有先進地理思想的著名地理學家——劉獻廷、顧祖禹和孫蘭。他們在學科發展、人地關係、自然地理理論等方面，都各有新的見解。
劉獻廷(公元1648—1695年)，字繼莊，又字君賢，自號廣陽子，順天府大興(今北京大興縣)人。他主張經世致用、學以致用和經濟天下，認為學問不應只滿足於了解一些書本知識。他對禮樂、醫術、法律、農桑等都有鑽研，而以對地理的見解最為重要。針對中國歷代地理著作重沿革、人文，且偏重描述的特點，他提出地理學必須科學化，必須注意自然地理規律的探討。他在《廣陽雜記》卷三中說道：
方輿之書所紀者，惟疆域、建置沿革、山川古蹟、城池形勢、風俗職官、名宦人物諸條耳。此皆人事，於天地之故，概乎未之有聞也。餘意於疆域之前別添數條，先以諸方之北極出地為主，定簡平儀之度，制為正切線表。而節氣之後先、日食之分秒、五星之凌犯佔驗，皆可推求。
他這裡的“天地之故”，即指地球表面的自然規律。他首次對我國古代地理學重沿革、古蹟、城池等“人事”傳統的治學、著作體系，提出了反對意見，認為講那些內容是不夠的，還必須注意自然地理規律的研究和記述。而關於改革地理學，使之科學化的具體方法，他提出在區域地理著作的“疆域”記述之前，亦即地理著作的開頭，先根據北極星高度與地平線角度，求出該地的經緯度表，然後就可以根據經緯度的差異來推求各地節氣的早晚等自然規律。
劉獻廷的這一思想，無疑對改變我國古代地理學的沿革地理傳統，促進地理學趨向近代化、科學化，有著積極的意義。然而，他的觀點和思想卻並不為當時人們所重視，甚至在他死後不久的乾嘉時代，反倒興起了一個更趨向沿革古蹟“人事”化的沿革地理學熱，使以沿革地理為主要特徵的中國古代地理學得到更大的發展。
顧祖禹(公元1631—1692年)，字復初，號景範，以居處近宛溪而又稱宛溪先生，明末清初的歷史地理學家。他以畢生精力著《讀史方輿紀要》(130卷，另附《輿圖要覽》四卷，共計280萬字)，書中詳列各地山川險要，形勢利害，考訂古今郡縣沿革變遷等，是一部集大成的歷史地理著作。他在歷史地理研究中，就地理學的基本理論問題提出了“人地相關”的見解。他認為山川形勢對人類的政治、軍事、經濟活動固然有很重要的作用，但也絕不能忽視人的作用，其實真正起作用的是人為的條件，是人對自然的主觀能動作用。如在《讀史方輿紀要·總序》中，他列舉歷史上人地相關的歷史事件進行分析後，概括總結說：
知求地利於崇山深谷、名城大都，而不知地利即在指掌之際，烏足與言地利哉！
這種地理思想出自他大量歷史事件研究的基礎之上，而且在17世紀初就明確提出，充分代表了當時較先進的地理認識水平。
孫蘭，明末清初地理學家，字滋九，一名禦寇，自號柳庭。著有《柳庭輿地隅說》、《大地山河圖說》、《古今外國地名考》等。在自然地理規律與學科發展方面，有許多重要見解。
孫蘭在關於革新中國古代地理學傳統方面，也提出了要進行地理規律(即所謂“說”)的探討。在《柳庭輿地隅說》自敘中，他首先指出了古代傳統地理學的志、記與“說”的區別，指出：
志也者志其跡，記也者記其事。說則不然，說其所以然，又說其所當然，說其未有天地之始與既有天地之後，則所謂輿地之說也。
“說”的內容包括有：
何以為山，何以為川，山何以峙，川何以流，人何以生，國何以建，山何以分支別派，川何以輸瀉傳流，古今何以遞變為沿革，人物何以治亂成古今。
顯然，孫蘭這種強調重視自然地理、人文地理規律研究的思想，與劉獻廷革新中國古代地理學傳統的思想一樣，代表了當時的進步地理學思想。