Nach Schule und abgeschlossener Berufsausbildung sowie anschließender Aufbauschule legte er 1965 am Technischen Gymnasium Stuttgart das Abitur ab und leistete seinen Militärdienst bei der Bundeswehr. 1967 begann Ernst Messerschmid in Tübingen ein Physikstudium, das er ab 1971 in Bonn fortsetzte und ein Jahr später mit dem Erhalt des Diploms erfolgreich abschloss. Anschließend forschte Ernst Messerschmid drei Jahre am Europäischen Forschungslabor für Kernphysik CERN im schweizerischen Genf. 1975 wurde er wissenschaftlicher Mitarbeiter der Universität Freiburg, wo Messerschmid 1976 promovierte. Zeitgleich arbeitete er in den USA am Brookhaven National Laboratory auf Long Island, New York, beim Entwurf und Bau eines Teilchenbeschleunigers mit. Nach einem kurzen Intermezzo am Deutschen Elektronensynchrotron DESY in Hamburg ging Ernst Messerschmid 1978 zur DLVLR. Hier fand er am Institut für Nachrichtentechnik im bayerischen Oberpfaffenhofen ein neues Betätigungsfeld und forschte auf dem Gebiet der Satellitenkommunikation und Navigation.
Nach seinem Raumflug verließ Messerschmid das deutsche Raumfahrerteam. Er ging an die Universität Stuttgart, die ihn am 03. November 1986 zum ordentlichen Professor und Direktor ihres Instituts für Raumfahrtsysteme berief. Nach vier Jahren Lehrtätigkeit wurde Ernst Messerschmid 1990 für zwei Jahre zum Dekan der Fakultät für Luft- und Raumfahrttechnik gewählt. Im Anschluss war er weitere zwei Jahre Prodekan der Fakultät. Von 1989 bis 1999 war er Sprecher des Sonderforschungsbereiches SFB 259 der Deutschen Forschungsgemeinschaft zum Thema „Hochtemperaturprobleme rückkehrfähiger Raumtransportsysteme“, dem zwölf Institute und das DLR angehörten. Seinen universitären Höhepunkt erlebte Messerschmid 1996 mit der Wahl zum Prorektor für Forschung und Technologie sowie zum Vorsitzenden des Senatsausschusses für Forschung. Beide Ämter übte er bis 1998 aus. Danach arbeitete er zwei Jahre als Technischer Geschäftsführer der Technologie-Transfer-Initiative GmbH, einer Einrichtung zur Unterstützung von Existenzgründern an der Universität Stuttgart.
Aufgrund seiner immensen Erfahrungen ernannte ihn die ESA am 01. November 1999 zum Leiter des Europäischen Astronautenzentrums in Köln-Porz. Für diese Zeit von der Universität Stuttgart beurlaubt, trat Ernst Messerschmid den Posten am 01. Januar 2000 an und lenkte die Geschicke der für die Ausbildung von ESA-Astronauten zuständigen Einrichtung bis Ende 2004. 2005 kehrte Ernst Messerschmid an das Institut für Raumfahrtsysteme der Universität Stuttgart zurück.
Zu seinen Hobbies gehören Segel- und Flugsport, Gartenarbeit, Musik.
Er war einer von 53 europäischen Kandidaten bei der ESA Spacelab-1 Auswahl 1977 einer von sechs deutschen Kandidaten, wurde aber damals nicht ausgewählt.