每个自动化立体仓库的设计都分几个主要的阶段，每个阶段都有其要达到的目标。
(一)设计前的准备工作
1．要了解建库的现场条件，包括气象、地形、地质条件、地面承载能力、风及雪载荷、地震情况以及其他环境的影响。
2．在
自动化立体仓库的总体设计中，机械、结构、电气、土建等多专业相互交叉、相互制约，这就要求第三方物流企业在进行设计时必须考虑到各专业的需要。例如，机械的运动精度要根据结构制作的精度和土建的沉降精度而选定。
3．要制定出第三方物流企业对仓储系统的投资、人员配置等计划，以此来确定仓储系统的规模和机械化、自动化的程度。
4．要对与第三方物流企业仓储系统有关的其他方面的条件进行调查了解，例如，货物的来源，连结库场的交通情况，货物的包装，搬运货物的方法，货物的最终去向和运输工具等等。
(二)库场的选择与规划
库场的选择和布置对于仓储系统的基建投资、物流费用、劳动条件等都有重要的意义。考虑到城市规划、第三方物流企业的整体运作，
自动化立体仓库最好选在靠近港口、码头、货运站等交通枢纽，或靠近生产地或原材料产地，或靠近主要的销售市场，这样可以大大地降低第三方物流企业的费用。库场地址是否合理对于环境保护、城市规划等也有一定的影响。例如，选择在受到交通限制的商业区建立自动化立体仓库，一方面与繁华的商业环境不协调，另一方面要花高价购买地皮。最重要的是，由于受到交通限制，只能每天半夜来运送货物，这显然是极不合理的。
(三)确定仓库形式、作业方式和机械设备参数
仓库的形式需要在调查入库货物品种的基础上确定。一般都采用单元货格式仓库，如果存储的货物品种单一或很少，而且货物批量较大，可以采用重力式货架或者其他形式的贯通式仓库。根据出入库的工艺要求(整单元或零散出入库)来决定是否需要堆垛拣选作业，如果需要拣选作业，再确定拣选作业的方式。
在自动化立体仓库中还有一种作业方式常被采用，这就是所谓的"自由货位"方式，即货物可以就近入库，特别是对于出入库频繁和超长、超重的货物，应当尽量在到货和发货的地点附近作业，这样做不但可以缩短出入库时间，还节省了搬运费用。
自动化立体仓库所使用的机械设备有很多种，一般都包括巷道堆垛机、连续输送机、高层货架，自动化程度高的还有自动导向车。在进行仓库的总体设计时，要根据仓库的规模、货物的品种、出入库频率等选择最适合的机械设备，并确定这些设备的主要参数。
(四)确定货物单元形式及规格
由于自动化立体仓库的前提是单元化的搬运，所以确定货物单元的形式、尺寸和重量是一个非常重要的问题。它会影响到第三方物流企业对仓库的投资，而且会影响到整个仓储系统的配备、设施等问题。因此，为了合理确定货物单元的形式、尺寸和重量，应根据调查和统计的结果，列出所有可能的货物单元形式和规格，并做出合理的选择。对于那些形状和尺寸比较特殊或者很重的货物，可以单独处理。
(五)确定库容量(包括缓存区)
库容量是指在同一时间仓库可容纳的货物单元数，这对自动化立体仓库来说是一个非常重要的参数。由于在库存周期会受到许多预料之外因素的影响，因此库存量的波峰值有时会大大超出自动化立体仓库的实际库容量。除此之外，有的自动化立体仓库仅仅考虑了货架区的容量，而忽视了缓存区的面积，结果造成缓存区的面积不足，使得货架区的货物出不来，库房外的货物进不去。
(六)库房面积与其他面积的分配
由于总面积是一定的，而许多第三方物流企业在建造自动化立体仓库时只重视办公、实验(包括研发)的面积，却忽视了库房面积，因此造成了这种局面，即为了满足库容量的需要，只好通过向空间发展来达到要求。但是货架越高，机械设备的采购成本和运行成本也就越高。除此之外，由于自动化立体仓库内最优的物流路线是直线形的，但在仓库设计时往往会受到平面面积的限制，造成本身物流路线的迂回(往往是s形，甚至是网状)，这会增加许多不必要的投入和麻烦。
(七)人员与设备的匹配
不管自动化立体仓库的自动化程度有多高，具体运作时仍需要一定的人工劳动，因此工作人员的数量要合适。人员不足会降低仓库的效率，太多又会造成浪费。自动化立体仓库采用了大量先进的设备，因此对人员的素质要求比较高，人员素质跟不上，同样会降低仓库的吞吐能力。第三方物流企业需要招聘专门的人才，并对其进行专门的培训。
(八)系统数据的传输
由于数据传输路径不通畅或数据冗余等原因，会造成系统数据传输速度慢，甚至无法传输的现象，因此要考虑自动化立体仓库内部以及与第三方物流企业上下级管理系统间的信息传递的问题。
(九)整体运作能力
自动化立体仓库的上游、下游及其内部各子系统的协调，有一个木桶效应的问题，即最短的那一块木板决定了木桶的容量。有的仓库采用了很多的高科技产品，各种设施设备也非常齐全，但是由于各子系统间协调性、兼容性不好，造成整体运作能力比预期差很多。
