未發射的GPS Block II-A衛星在聖地牙哥航空航天博物館中上展出。
GPS系統主要由空間星座部分、地面監控部分和使用者裝置部分組成。
空間星座部分
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主條目：GPS衛星和GPS衛星列表
一個隨著地球自轉的24顆GPS衛星星座例子。可以觀察到地球表面的某一點能接收到衛星訊號數量是如何隨時間變化的。例子中的接受訊號點位於美國科羅拉多州戈爾登(39°44′49″N 105°12′39″W / 39.7469°N 105.2108°W / 39.7469; -105.2108)。
GPS衛星星座原本設計由24顆衛星組成，其中21顆為工作衛星，3顆為備用衛星。24顆衛星均勻分布在6個軌域平面上，即每個軌域面上有4顆衛星。衛星軌域面相對於地球赤道面的軌域傾角為55°，各軌域平面的升交點的赤經相差60°，一個軌域平面上的衛星比西邊相鄰軌域平面上的相應衛星升交角距超前30°。這種布局的目的是保證在全球任何地點、任何時刻至少可以觀測到4顆衛星。
GPS衛星是由洛克菲爾國際公司空間部研製的，單一顆衛星重774kg，使用壽命為7年。衛星採用蜂窩結構，主體呈柱形，直徑為1.5m。衛星兩側裝有兩塊雙葉對日定向太陽能電池帆板（BLOCK I），全長5.33m，接受日光面積為7.2
m
2
{\displaystyle m^{2}}
。對日定向系統控制兩翼電池帆板旋轉，使板面始終對準太陽，為衛星不斷提供電力，並給三組15Ah鎳鎘電池充電，以保證衛星在地球陰影部分仍能正常工作。在星體底部裝有12個單元的多波束定向天線，能發射張角大約為30度的兩個L波段（19cm和24cm波）的訊號。在星體的兩端面上裝有全向遙測遙控天線，用於與地面監控網的通訊。此外衛星還裝有姿態控制系統和軌域控制系統，以便使衛星保持在適當的高度和角度，準確對準衛星的可見地面。
由GPS系統的工作原理可知，衛星時鐘的精確度越高，其定位精度也越高。早期試驗型衛星採用由霍普金斯大學研製的石英振盪器，相對頻率穩定度為
10
−
11
{\displaystyle 10^{-11}}
/秒。誤差為14m。1974年以後，GPS衛星採用銣原子鐘，相對頻率穩定度達到
10
−
12
{\displaystyle 10^{-12}}
/秒，誤差8m。1977年，BLOCK II型採用了馬斯頻率和時間系統公司研製的銫原子鐘後，相對穩定頻率達到
10
−
13
{\displaystyle 10^{-13}}
/秒，誤差再降為2.9m。1981年，休斯公司研製的相對穩定頻率為
10
−
14
{\displaystyle 10^{-14}}
/秒的氫原子鐘使BLOCK IIR型衛星誤差降至僅為1m。
2011年6月，美國空軍成功擴展GPS衛星星座，整調6顆衛星的位置，並加入多3顆衛星。這使工作衛星的數目增加至27顆，擴大了GPS系統的覆蓋範圍，並提高了準確度。[3]
地面監控部分
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地面監控部分主要由1個主控站（Master Control Station，簡稱MCS）、4個地面天線站（Ground Antenna）和6個監測站（Monitor Station）組成。
主控站位於美國科羅拉多州的謝裡佛爾空軍基地，是整個地面監控系統的管理中心和技術中心。另外還有一個位於馬里蘭州蓋茲堡的備用主控站，在發生緊急情況時啟用。
地面天線站目前有4個，分別位於南太平洋馬紹爾群島的瓜加林環礁，大西洋上的英國屬地阿森松島，英屬印度洋領地的迪戈加西亞島和位於美國本土科羅拉多州的科羅拉多斯普林斯。地面天線站的作用是把主控站計算得到的衛星星歷、導航電文等資訊注入到相應的衛星。
地面天線站同時也是監測站，另外還有位於夏威夷和卡納維爾角2處監測站，故監測站目前有6個。監測站的主要作用是採集GPS衛星數據和當地的環境數據，然後傳送給主控站。
使用者裝置部分
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更多資訊：全球定位系統導航裝置
使用者裝置主要為GPS接收機，主要作用是從GPS衛星收到訊號並利用傳來的資訊計算使用者的三維位置及時間。