在正式商业化运作之后，谷歌与情报机构一直保持着合作关系。2003年，CIA通过国家科学基金会（NSF）资助了一系列科研项目，其目标是“在任何聊天室静默监听……并在无人值守的情况下识别隐藏的人群和沟通模式”。同年，谷歌恰好为CIA定制了搜索引擎，用以帮助CIA和其他情报机关“监视网上涉密和敏感信息”。
2004年，刚上市的谷歌收购了一家名叫Keyhole（钥匙孔）的公司。这家志在用3D建模技术对真实世界建模的公司得到了来自CIA的资助，该公司的名字就来源于1960年代的“钥匙孔”间谍卫星计划。CIA不仅直接资助了Keyhole公司，并且帮助其与另一情报机关国家地理空间情报局（NGA）建立了合作伙伴关系。在CIA注资后几个月，该公司的软件即被驻伊拉克美军用于支持推翻萨达姆的“震撼真相”行动。谷歌收购Keyhole后，将该公司的产品改名为谷歌地球（Google Earth）。
谷歌地球使用的建模语言至今仍然叫“Keyhole标注语言”（图源：KML）
随后，谷歌延续并发展了Keyhole与情报机构和军方的关系。2008年，谷歌和NGA共同出资发射了当时全世界分辨率最高的商业对地成像卫星GeoEye-1，双方都有权获得该卫星拍摄的所有照片。
2010年，谷歌被曝光在为其谷歌地球和谷歌地图产品的“街景”功能采集数据时，大量采集了私人WIFI的载荷信息，尤其是这些WIFI热点的地理位置信息。同年，NGA向谷歌采购“地理空间可视化服务”，最终向谷歌支付项目金额2678万余美元。
谷歌与NSA的渊源同样久远。“911”之后，NSA开启了激进的“全面信息感知”计划，意图通过广泛的电话和网络监听来预测个人行为，并与谷歌签订了金额207万美元的合同，向谷歌采购搜索引擎技术。
2013年，爱德华·斯诺登曝光的一份文档显示，NSA的大规模监听计划“棱镜”（PRISM）能够直接从谷歌、脸书、雅虎等科技巨头的服务器获得用户数据。在《外国情报监视法案》（FISA）的框架下，谷歌等企业向NSA提供了大量用户数据，这些数据成为了“棱镜”分析处理的原材料。
