Como você faz uma junção em uma matriz no mongoose (mongodb) com node.js?

o maior problema com o seu código é que você assume que o código é executado de forma síncrona - mas isso não acontece. ele é executado de forma assíncrona. então as mensagens ainda não estão definidas quando você executa

 console.log(messages);

faça algo assim em vez disso:

var userIds = [id1, id2, id3];
User.find({"_id": {$in: userIds}}, function (err, users) {
  console.log(users);
});

editar OK eu vejo. você deseja adicionar o userInfo às diferentes mensagens. A maneira mais fácil de conseguir isso é usar o módulo assíncrono:https ://github.com/caolan/async

async.map(messages, getUserInfo, function (err, result) {
  if (err) {
    console.log(err);
    return;
  }
  // log all msg with userinfo
  console.log(result);
});

function getUserInfo (msg, callback) {
  User.findById(msg.userId, function (err, user) {
    if (err) {
       callback(err);
       return;
    }
    msg.user = user;
    callback(null, msg);
  });
}