数据存储是数据中心内集成物理存储资源组合的虚拟表示。这些物理存储池可能来自服务器的本地SCSI、SAS或SATA磁盘、光纤通道SAN磁盘阵列、iSCSI SAN磁盘阵列或者网络附加存储（NAS）阵列。由于用于虚拟化的存储成本及虚拟机的快速扩张，因此高效的使用存储空间显得非常重要。VMware vSphere提供了主机级别的存储器虚拟化，即采用逻辑的方式从虚拟机中抽象物理存储器层，而虚拟机使用硬盘来存储数据、操作系统、程序文件等，而不需要知道ESXi主机上所连接的存储设备的复杂性和特殊性。
每个数据存储都是存储设备上的物理vmfs卷。NAS数据存储是带有vmfs特征的NFS卷。数据存储可以跨多个物理存储子系统。当vmfs卷可包含物理主机上本地的SCSI磁盘阵列、光纤通道SAN磁盘场或iSCSI SAN磁盘场中的一个或多个LUN。添加到任何物理存储子系统的新LUN可被检测到，并且可供所有的现有数据存储或新数据存储使用。可以扩展先前创建的数据存储上的存储器容量，而不必关闭物理主机电源或存储子系统。如果vmfs卷内的任何LUN出现故障或不可用，则只有那些使用此LUN的虚拟机才受影响，具有跨区卷的第一个数据区的LUN除外。位于其他LUN中的虚拟磁盘所属的所有其他虚拟机都会继续运行。
虚拟机可通过上述某一虚拟SCSI控制器访问每个虚拟磁盘，而虚拟磁盘位于vSphere虚拟机文件系统（vmfs）数据存储上、基于NFS的数据存储上或裸磁盘上。从虚拟机的角度来说，每个虚拟磁盘看上去都好像是与SCSI控制器连接的SCSI控制器。实际的物理磁盘设备是通过通行SCSI、iSCSI、网络，还是主机上的光纤通道适配器来访问，这对客户机操作系统及虚拟机上运行的应用程序而言是透明的。ESXi支持各种内部或外部本地存储设备，其中包括SCSI、IDE、SATA、USB和SAS存储系统。无论使用何种存储器类型，主机都会向虚拟机隐藏物理存储器层，如图：
每个虚拟机可作为一组文件存储在数据存储的目录中。与每个虚拟客户关联的磁盘存储是客户机目录中的一组文件。虚拟磁盘可以作为普通文件在客户机磁盘存储上进行操作，可以复制、移动或备份磁盘存储，可向虚拟机添加新虚拟磁盘，而无需关闭虚拟机电源。在无需关闭虚拟机电源情况下，系统将在vmfs中创建虚拟磁盘文件（.vmdk），从而为添加的虚拟磁盘或与虚拟机关联的现有虚拟磁盘文件提供新存储在菜单栏中依次单击“主页”》“清单”》“数据存储和数据存储集群”，在存储界面中就可以管理vSphere所有的硬盘和存储。单击要管理的存储可以浏览此数据存储上的信息，如图：
