Nach dem frühen Tod seiner Eltern wuchs er im Waisenhaus auf, schaffte es aber auch dort, sich so viel Wissen anzueignen, dass er 1741, im Alter von 18 Jahren, ein Buch über Geometrie veröffentlichte. Mit 21 Jahren volljährig verließ er das Waisenhaus und siedelte nach Augsburg über, wo ein Bruder von ihm lebte. Bereits ein Jahr später veröffentlichte er seinen Mathematischen Atlas, der ihm hohes Ansehen einbrachte.
Durch die so erworbene Anerkennung gelang es ihm, eine Anstellung als Kartograph im Landkartenverlag der Homann-Erben in Nürnberg zu finden, wo er fünf Jahre blieb und in dieser Zeit über 30 neue Karten zeichnete. Die Tätigkeit als Kartograph brachte ihn dazu, die Sterne und insbesondere auch den Mond zu beobachten, denn dadurch sind exakte Positionsbestimmungen auf der Erde möglich, die die Grundlage jeder Landkarte sind. Der in dieser Zeit erworbene Ruhm brachte ihm einen Ruf an die Universität Göttingen ein, wo er nominell als Professor für Ökonomie und Mathematik angestellt wurde, sich de facto aber weiterhin vor allem der Astronomie verschrieb, insbesondere nachdem er 1754 Direktor der neu errichteten Sternwarte wurde.
Besondere Bedeutung gewann seine Methode zur Bestimmung des Längengrads auf See, mit der er sich um den Preis des britischen Board of Longitude bewarb. Durch den Ausbruch des Siebenjährigen Krieges, in dem Göttingen wiederholt von französischen Truppen besetzt wurde, kam seine Arbeit zeitweise zum Erliegen.