L'institut a pour vocation de décrire, d'un point de vue géométrique et physique, la surface du territoire national et l'occupation de son sol, d'élaborer et de mettre à jour l'inventaire permanent des ressources forestières nationales prévu par l'article L. 151-1 du code forestier, ainsi que de faire toutes les représentations appropriées, d'archiver et de diffuser les informations correspondantes. Il contribue ainsi à l'aménagement du territoire, au développement durable et à la protection de l'environnement, à la défense et à la sécurité nationale, à la prévention des risques, au développement de l'information géographique et à la politique forestière en France et au niveau international.
Dans le cadre des orientations fixées par l'Etat, l'institut établit et met en œuvre l'infrastructure d'information géographique prévue au chapitre VII du titre II du livre Ier du code de l'environnement.
L'institut est chargé des missions suivantes :
1° Concevoir et constituer une infrastructure géodésique cohérente avec les systèmes internationaux, et assurer la gestion du système national de référence géographique, gravimétrique et altimétrique ;
2° Réaliser et renouveler périodiquement la couverture en imagerie aérienne ou satellitaire de l'ensemble du territoire national ;
3° Constituer et mettre à jour sur l'ensemble du territoire les bases de données géographiques et les fonds cartographiques dont la liste est fixée par arrêté du ministre chargé du développement durable, notamment le référentiel à grande échelle (RGE). Le référentiel à grande échelle, système intégré d'information géographique couvrant l'ensemble du territoire national, est composé de bases de données numérisées et interopérables décrivant les thèmes, dénominations géographiques, unités administratives, adresses, parcelles cadastrales issues du plan cadastral, réseaux de transport, hydrographie, altitude, occupation des terres, ortho-imagerie et bâtiments mentionnés aux annexes I, II et III de la directive du 14 mars 2007 susvisée. Les modalités de constitution et de mise à jour du référentiel à grande échelle sont fixées par arrêté du ministre chargé du développement durable ;
4° Constituer et mettre à jour, sur le territoire métropolitain, les bases de données relatives aux ressources et aux milieux forestiers ainsi qu'un référentiel géographique de description des essences forestières cohérent avec le référentiel à grande échelle, publier un rapport annuel des résultats de l'inventaire permanent forestier, fournir les éléments nécessaires à la délimitation de régions forestières homogènes, suivre et surveiller spécifiquement les écosystèmes forestiers, produire des indicateurs de gestion durable de la forêt française conformes aux critères internationaux et participer aux travaux de conférences et d'organisations internationales dans le domaine forestier, dans des conditions fixées par arrêté du ministre chargé des forêts ;
5° Mettre en œuvre des programmes nationaux ou internationaux d'observation et de surveillance des écosystèmes dans les conditions fixées par arrêté du ministre chargé du développement durable ;
6° Gérer la documentation déposée à la photothèque nationale dans les conditions fixées par décret ;
7° Diffuser les bases de données géographiques et forestières ainsi que les fonds cartographiques qu'il constitue, notamment au moyen d'un portail INSPIRE tel que défini à l'article L. 127-1 du code de l'environnement ;
8° Fournir aux ministres concernés les informations relevant de sa compétence et contribuant à la définition, à la mise en œuvre et à l'évaluation des politiques nationales relatives à l'écologie, à l'énergie, à la forêt, à l'aménagement du territoire, à la prévention du changement climatique et à l'adaptation à ce changement, et contribuer à la préparation des positions françaises dans les instances internationales compétentes dans ces domaines ;
9° Apporter au ministre chargé du développement durable un appui pour le fonctionnement du Conseil national de l'information géographique et, plus généralement, pour la mise en œuvre de la politique nationale d'information géographique ;
10° Mettre en place et administrer le portail INSPIRE de l'Etat pour ce qui concerne les services de consultation prévus à l'article L. 127-4 du code de l'environnement et les services de transformation prévus au même article lorsque ces services sont dédiés aux changements de référentiel de coordonnées ;
11° Diriger les activités de l'Ecole nationale des sciences géographiques dans les conditions fixées par arrêté conjoint des ministres chargés respectivement du développement durable et du budget et assurer la formation technique en géomatique et en cartographie des personnels relevant du ministre de la défense ; 
12° Mener des activités de recherche et de développement dans ses domaines de compétence ;
13° Concourir aux travaux menés en France et dans un cadre international en matière d'organisation et de normalisation de l'infrastructure d'information géographique.
A titre complémentaire, l'institut peut concevoir et, dans le respect des règles de concurrence, commercialiser tout produit ou service à partir des données recueillies ou des savoir-faire acquis dans le cadre de ses missions de service public.