三坐标测量中常使用三种类型的坐标系，它们是直角坐标系、柱坐标系（或极坐标系）和球坐标系。这三种坐标系用于不同的测量目的和对象。对于圆柱类零件、球类零件和凸轮状零件，采用柱坐标系（或极坐标系）和球坐标系表示测量结果更为简洁明确。由于直角坐标系可用于线性转换矩阵实现坐标变换，故在三坐标测量中大都以直角坐标系作为坐标转换的基础。当希望用柱坐标系（或极坐标系）或球坐标系表示测量结果时，只需将直角坐标系中的测量结果转换到所需的坐标系中表示即可。
    根据坐标系形成的先后顺序，通常三坐标测量软件中至少设有三个坐标系。
    1）机器坐标系 开机时以测头所在位置为原点，以X，Y，Z三个导轨方向为坐标轴所构成的直角坐标系，称为机器坐标系。
    2）基准坐标系 基准坐标系又称为坐标系，它是以三坐标测量机工作台上一固定不变的点为基准建立的一个参考基准，使得在变换了测头，甚至在关机后重新启动的情况下，仍能根据它重新恢复各要素之间的位置关系。基准坐标系通常是通过测量一个固定在三坐标测量机工作台上的标准球，以它的球心为原点坐标所建立起来的坐标系。也可以是以三根光栅尺的零位，或限程装置作为各坐标轴原点而建立起来的坐标系。
    3）工作坐标系数 这是在被测工件上建立起来的坐标系，是为了修正被测工件摆放误差而建立的坐标系。如前所述，它的作用等效于使用传统测量仪器在测量之前所作的精确找正。
    现代的三坐标测量机软件，一般都允许用户同时建立多个工作坐标系，以方便用户测量的需要。