При Петре I были созданы институты, призванные готовить собственных специалистов в области геодезии, навигации и картографии. Картографирование служило для экономической эксплуатации, военного планирования и сбора разведывательных данных. Как и в XVII веке, Россия собирала иностранные карты: Великое посольство 1697–1698 годов привезло коллекцию голландских глобусов; во время Азовского похода (1696) Петр заказал гидрографические съемки и карты, впоследствии опубликованные в мемуарах секретаря австрийского посольства Иоганна Георга Корба (1700) и собранные в атласе Донской области (Амстердам, 1704). На протяжении всего столетия Россия осуществляла разведку на границе с цинским Китаем и получала китайские и маньчжурские карты. Надежным источником информации стала Русская духовная миссия в Пекине, основанная в 1715 году, чтобы окормлять православных, взятых в плен и перешедших на китайскую службу. Русские студенты, направленные туда для изучения китайского и маньчжурского языков, тайно собирали карты и различные сведения, передавали корреспонденцию от пекинских иезуитов, собирали образцы растений и другие предметы, имевшие научную ценность, для отправки в Россию.
Широко известные усилия Петра, направленные на обучение дворян математике, имели целью привить им навыки в области не одной только навигации, но также геодезии и картографии. В Москве была учреждена (1701) Школа математических и навигацких наук, в Россию приглашались европейские астрономы, математики, мореплаватели, готовившие первых профессиональных русских топографов. Заметный толчок развитию картографии дало пленение нескольких тысяч шведских офицеров в сражении под Полтавой (1709), которые были отправлены в ссылку и оказались рассеяны по всей стране; многие использовали свои инженерные познания для составления карт Сибири и других территорий. На протяжении всего своего царствования Петр отправлял экспедиции для исследования, картографирования и сбора этнографической информации о Сибири и Дальнем Востоке. Об их результатах дают представление коллекции петербургской Кунсткамеры. По распоряжению Петра началось систематическое картографирование всех губерний России. В деле сбора и систематизации картографических знаний ему активно помогал Иван Кирилов, который обучался картографии и геодезии как в России, так и в Европе.
Российская академия наук, основанная в 1724 году, играла ведущую роль в картографии и научном исследовании империи. В конце XVIII века академики составили две огромные естественнонаучные коллекции: Петр Симон Паллас в течение нескольких десятилетий собирал многочисленные образцы флоры и фауны империи, а Иоганн Готлиб Георги – этнографические материалы, описание которых вышло в 1776–1780 годах. Иван Кирилов возглавлял геодезическую службу и лично составил сотни карт различных регионов. Он участвовал в экспедиции, которая основала и нанесла на карту Оренбург, что позволило России установить контроль над центральной Башкирией. Собранные Кириловым сведения были обобщены в «Атласе Всероссийской империи» (1734) – первом полном собрании карт всех территорий страны. Десятилетием позже Академия наук под руководством Жозефа Никола Делиля опубликовала Atlas russicus, составленный в соответствии с более сложными геодезическими стандартами, чем у Кирилова.
В создании карт принимали участие военные инженеры. Во второй половине столетия они вместе с академиками составляли карты новых территорий на южном Урале и в казахской степи, на Дальнем Востоке, в Арктике, а также путей в Аляску и Северную Америку во второй половине века. Екатерина II учредила «собственный» Географический департамент Кабинета Ее Императорского Величества и усердно заказывала карты присоединенных в ее царствование земель – Новороссии, Крыма и Речи Посполитой. Павел I передал эту коллекцию в военное ведомство под названием Депо карт (1797–1800 годы), которое стало основой для Военно-топографического депо Военного министерства, ведущего учреждения, занимавшегося топографической съемкой и подготовкой карт в следующем столетии.