Nel 1751 si recò a Parigi, dove iniziò a lavorare come copista dell'astronomo Joseph-Nicolas Delisle (1688-1768). Dal 1759 si dedicò alla sistematica ricerca e allo studio delle comete. Grazie alla scoperta di un gran numero di esse, nel 1764 divenne membro della Royal Society di Londra e nel 1770 venne accolto nell'Académie Royale des Sciences. L'esigenza di non confondere la comparsa di una nuova cometa con uno dei tanti oggetti celesti d'apparenza nebulosa lo portò a pubblicare una prima edizione del Catalogue des nébuleuses et des amas d'étoiles (Parigi, 1771). Con due successive edizioni del 1780 e del 1784, Messier estese il numero degli oggetti inclusi nel catalogo a 103. Il lavoro, primo nel suo genere, ebbe grande successo. Ancora oggi gli oggetti individuati da Messier sono identificati col suo numero di catalogo preceduto dalla sigla "M".