Молодые годы. Образование. Приглашение и приезд в Россию
Изучал медицину в университетах Йены и Галле (окончил в 1707 году). Защитил в 1716 году диссертацию на тему «О разуме как главенствующем начале всей медицинской науки», получил учёную степень доктора медицины. Затем врачебная практика в городе Данциге, научные занятия в области медицины, зоологии, ботаники, дальнейшее изучение древнегреческого, латыни, древнееврейского. Мессершмидт был молодым врачом в Данциге, когда был рекомендован Петру I Иоганном Брейне (нем. Johann Philipp Breyne), коллекции которого осматривал царь, как человек, который может отправиться в Сибирь для естественноисторических исследований.
В начале апреля 1718 года Мессершмидт прибыл по приглашению Петра I в Петербург для собирания коллекций и исследования естественных богатств России. В это время Мессершмидт «был молодой, страстно преданный науке человек, далёкий от искательства, от практической жизни, учёный. <…> Мессершмидт действительно обладал энциклопедическим образованием того времени — это был врач и натуралист, талантливый рисовальщик, латинский поэт, филолог, знавший восточные языки и быстро научившийся по-русски». В июле того же года он вместе с русским флотом побывал на мысе Гангут и посетил Финляндию.
Сибирская экспедиция
После часовой беседы Петра I и Мессершмидта 5 ноября 1718 года появился указ Петра I о посылке доктора Мессершмидта в Сибирь «для изыскания всяких раритетов и аптекарских вещей: трав, цветов, корений и семян и прочих статей в лекарственные составы». Этот указ ставил Мессершмидта в непосредственное подчинение Медицинской канцелярии и её архиатера и президента Медицинского факультета Л. Блюментроста, куда он должен был присылать все собранные материалы и откуда должна была производиться в Сибири выплата ему жалования и прогонных денег.
По заключённому с ним контракту Мессершмидт был обязан ехать в Сибирь для занятий её географией, «натуральной историей», медициной, лекарственными растениями, заразными болезнями, памятниками, древностями, описанием народов и «вообще всем достопримечательным». Позднее Медицинской канцелярией Мессершмидту было дано указание описывать животный и минеральный миры, собирать рукописи, изучать археологические памятники и языки Сибири. За это он получал 500 рублей в год; хотя рубль был тогда фактически дороже современного, но всё-таки эта сумма была ничтожно мала по сравнению с тем, что получали другие учёные иноземцы. Но Мессершмидт ехал в Сибирь из любви к науке. Разносторонние обязанности, взятые им на себя, не были результатом легкомысленного отношения к своим силам. Мессершмидт был человек огромной работоспособности — это видно по тому, что ему удалось сделать. Он делал чучела, рисовал птиц и растения, вёл метеорологические наблюдения, определял высоту полюса. Он ездил один, без постоянных помощников. В Тобольске Мессершмидт получил от шведских пленных офицеров рукопись Истории тюрков хивинского хана Абулгази, благодаря чему этот важный источник для истории Средней Азии стал впервые известен учёному миру.
Он не имел никакой другой инструкции, не было установлено никакого срока его пребывания в Сибири, не имел он и сколько-нибудь чёткого маршрута путешествия. По мнению В. И. Вернадского, с путешествий Мессершмидта «начинается естественнонаучное изучение России, они являются родоначальниками того великого коллективного научного труда, который беспрерывно и преемственно продолжается с 1717 года до наших дней, всё более разрастаясь как по своей силе, так и по ширине захваченных интересов». Выехав из Петербурга в 1719 году, он вернулся из своего путешествия назад в Петербург только через 8 лет.