每個自動化立體倉庫的設計都分幾個主要的階段，每個階段都有其要達到的目標。
(一)設計前的準備工作
1．要了解建庫的現場條件，包括氣象、地形、地質條件、地面承載能力、風及雪載荷、地震情況以及其他環境的影響。
2．在
自動化立體倉庫的總體設計中，機械、結構、電氣、土建等多專業相互交叉、相互制約，這就要求第三方物流企業在進行設計時必須考慮到各專業的需要。例如，機械的運動精度要根據結構制作的精度和土建的沉降精度而選定。
3．要制定出第三方物流企業對倉儲系統的投資、人員配置等計劃，以此來確定倉儲系統的規模和機械化、自動化的程度。
4．要對與第三方物流企業倉儲系統有關的其他方面的條件進行調查了解，例如，貨物的來源，連結庫場的交通情況，貨物的包裝，搬運貨物的方法，貨物的最終去向和運輸工具等等。
(二)庫場的選擇與規劃
庫場的選擇和布置對于倉儲系統的基建投資、物流費用、勞動條件等都有重要的意義。考慮到城市規劃、第三方物流企業的整體運作，
自動化立體倉庫最好選在靠近港口、碼頭、貨運站等交通樞紐，或靠近生產地或原材料產地，或靠近主要的銷售市場，這樣可以大大地降低第三方物流企業的費用。庫場地址是否合理對于環境保護、城市規劃等也有一定的影響。例如，選擇在受到交通限制的商業區建立自動化立體倉庫，一方面與繁華的商業環境不協調，另一方面要花高價購買地皮。最重要的是，由于受到交通限制，只能每天半夜來運送貨物，這顯然是極不合理的。
(三)確定倉庫形式、作業方式和機械設備參數
倉庫的形式需要在調查入庫貨物品種的基礎上確定。一般都采用單元貨格式倉庫，如果存儲的貨物品種單一或很少，而且貨物批量較大，可以采用重力式貨架或者其他形式的貫通式倉庫。根據出入庫的工藝要求(整單元或零散出入庫)來決定是否需要堆垛揀選作業，如果需要揀選作業，再確定揀選作業的方式。
在自動化立體倉庫中還有一種作業方式常被采用，這就是所謂的"自由貨位"方式，即貨物可以就近入庫，特別是對于出入庫頻繁和超長、超重的貨物，應當盡量在到貨和發貨的地點附近作業，這樣做不但可以縮短出入庫時間，還節省了搬運費用。
自動化立體倉庫所使用的機械設備有很多種，一般都包括巷道堆垛機、連續輸送機、高層貨架，自動化程度高的還有自動導向車。在進行倉庫的總體設計時，要根據倉庫的規模、貨物的品種、出入庫頻率等選擇最適合的機械設備，并確定這些設備的主要參數。
(四)確定貨物單元形式及規格
由于自動化立體倉庫的前提是單元化的搬運，所以確定貨物單元的形式、尺寸和重量是一個非常重要的問題。它會影響到第三方物流企業對倉庫的投資，而且會影響到整個倉儲系統的配備、設施等問題。因此，為了合理確定貨物單元的形式、尺寸和重量，應根據調查和統計的結果，列出所有可能的貨物單元形式和規格，并做出合理的選擇。對于那些形狀和尺寸比較特殊或者很重的貨物，可以單獨處理。
(五)確定庫容量(包括緩存區)
庫容量是指在同一時間倉庫可容納的貨物單元數，這對自動化立體倉庫來說是一個非常重要的參數。由于在庫存周期會受到許多預料之外因素的影響，因此庫存量的波峰值有時會大大超出自動化立體倉庫的實際庫容量。除此之外，有的自動化立體倉庫僅僅考慮了貨架區的容量，而忽視了緩存區的面積，結果造成緩存區的面積不足，使得貨架區的貨物出不來，庫房外的貨物進不去。
(六)庫房面積與其他面積的分配
由于總面積是一定的，而許多第三方物流企業在建造自動化立體倉庫時只重視辦公、實驗(包括研發)的面積，卻忽視了庫房面積，因此造成了這種局面，即為了滿足庫容量的需要，只好通過向空間發展來達到要求。但是貨架越高，機械設備的采購成本和運行成本也就越高。除此之外，由于自動化立體倉庫內最優的物流路線是直線形的，但在倉庫設計時往往會受到平面面積的限制，造成本身物流路線的迂回(往往是s形，甚至是網狀)，這會增加許多不必要的投入和麻煩。
(七)人員與設備的匹配
不管自動化立體倉庫的自動化程度有多高，具體運作時仍需要一定的人工勞動，因此工作人員的數量要合適。人員不足會降低倉庫的效率，太多又會造成浪費。自動化立體倉庫采用了大量先進的設備，因此對人員的素質要求比較高，人員素質跟不上，同樣會降低倉庫的吞吐能力。第三方物流企業需要招聘專門的人才，并對其進行專門的培訓。
(八)系統數據的傳輸
由于數據傳輸路徑不通暢或數據冗余等原因，會造成系統數據傳輸速度慢，甚至無法傳輸的現象，因此要考慮自動化立體倉庫內部以及與第三方物流企業上下級管理系統間的信息傳遞的問題。
(九)整體運作能力
自動化立體倉庫的上游、下游及其內部各子系統的協調，有一個木桶效應的問題，即最短的那一塊木板決定了木桶的容量。有的倉庫采用了很多的高科技產品，各種設施設備也非常齊全，但是由于各子系統間協調性、兼容性不好，造成整體運作能力比預期差很多。
