В 1808 г. Геденштром явился в Иркутск и получил здесь служебное поручение — исследование берегов Ледовитого океана. В 1808—1810 возглавлял экспедицию по съёмке и исследованию Новосибирских островов. Не подготовленный к ученым занятиям, Геденштром должен был предварительно много заниматься, чтобы научиться определять долготу и широту места и вообще обращаться с научными приборами. Помощником его был назначен геодезист Пшеницин, землемер И. Кожевин. С экспедицией Геденштрома связано возникновение вопроса о так называемой Земле Санникова, которую якобы видел Я. Санников (участник экспедиции) к северо-западу от острова Котельный. Геденштром установил наличие «сибирской полыньи» — обширного пространства открытой воды на границе дрейфующих льдов и континентального ледового припая. Описал берег между устьями реками Яна и Колыма. В 1809 году посетил восточную часть открытого промышленником Сыроватским в 1806 г. острова и дал ему название Новая Сибирь, которое и было за ним утверждено в 1810 году.
В 1813 году он был принят на службу в канцелярию Иркутского губернатора, потом до 1818 года занимал должность Верхнеудинского исправника. И на этой должности Геденштром продолжал заниматься научными исследованиями и составлял минералогическую и ботаническую коллекции. совершил много поездок по Якутии и Забайкалью.
Геденштром был одним из наиболее близких к известному Иркутскому губернатору Н. И. Трескину лиц и нажил большое состояние поручаемой ему губернатором закупкой хлеба. Близость к Трескину не помешала ему сделаться предателем своего начальника, когда в Сибирь в 1819 году приехал генерал-губернатором Сперанский, что не спасло, однако, его самого от взыскания. За самовластные распоряжения и казнокрадство он был отрешен от должности 20 февраля 1820 года Геденштром обвинялся в участии в действиях губернатора по хлебной закупке, неправильном распоряжении при покупке в казну белки, несправедливом поступке с Хоринским главным тайшою, незаконных поборах и недодаче продавцам денег при покупке хлеба на казенные надобности. Отчет Сперанского рассматривал особый комитет, учрежденный 28 июля 1821 года. Он разделил всех обвинявшихся по Сибирской ревизии на 10 разрядов. Геденштром попал в 3-й разряд, в отношении которого было постановлено: не допускать впредь к определению ни к каким должностям, чиновников выслать на жительство во внутренние губернии. Однако Высочайше повелено было Геденштрома из Сибири не высылать. Он поселился в Тобольске. Начальство Западной Сибири, желая воспользоваться знанием и опытом такого способного человека, как Геденштром, добилось разрешения ему поступить вновь на службу. В 1827 году Геденштром получил позволение возвратиться в Европейскую Россию и поступил, по ходатайству Сперанского, на службу в Медицинский департамент на должность начальника отделения. Здесь он предложил особый способ учитывать аптекарей и тем лишил их большой части их дохода. В 1830-х годах он был назначен губернским почтмейстером в Томск. Выйдя вскоре в отставку, Геденштром поселился в деревне Кайдуковой, близ Томска, проводил время в пьянстве и умер там в крайней нищете 2-го (по Геннади — 20) сентября 1845 года на 65 году от рождения. Погребен 23-го сентября в Томске.
Геденштром результаты своих научных исследований опубликовал в следующих статьях и отдельных книгах: