Premiärministern har bjudit in sin tyska motsvarighet till en arbetsmiddag på hans residens, Chequers.
De omfattande samtalen omfattar också hotet från den så kallade islamiska staten, situationen i Irak och Ukraina.
David Cameron välkomnade tidigare Estlands premiärminister Taavi Roivas till Downing Street för bilaterala samtal.
Mötena med sina europeiska motparter kommer samma dag som en ny kampanj för att få Storbritannien att lämna EU inleds inför den slutna folkomröstningen, som utlovades 2017.
Röstlämnare, som består av konservativa parlamentsledamöter, Labour och UKIP och givare, säger att man vill förhandla fram ett nytt avtal som bygger på frihandel och vänskapligt samarbete.
David Cameron har lovat att reformera Storbritanniens förbindelser med EU innan han genomför en omröstning om medlemskap och kommer att diskutera sina mål med Angela Merkel som en del av hans fortsatta förhandlingar med europeiska ledare.
Paret kommer också att diskutera den migrationskris som påverkar Europa, eftersom de europeiska länderna fortsätter att kämpa för att hantera tillströmningen av människor som når kontinenten från Mellanöstern och Afrika.
Rysslands bombningskampanj i Syrien kommer sannolikt också att tas upp vid mötet, eftersom oron ökar över Moskvas inblandning i det krigshärjade landet - liksom dess stöd till separatistiska rebeller i östra Ukraina.
Under samtalen med statsministern på Downing Street tackade Estlands premiärminister Roivas David Cameron för Förenade kungarikets åtagande att skicka 100 brittiska militärer till Baltikum.
Försvarsminister Michael Fallon har sagt att trupperna kommer att avskräcka ryska aggressioner utanför Ukraina och lugna östra europeiska Nato medlemmar.
Vid en presskonferens på fredag sade Fallon - som förde samtal med sin amerikanska motsvarighet Ash Carter i London - att den brittiska regeringen var fast besluten att bygga upp stöd för flygstrejker mot IS i Syrien.
Han sade att Rysslands militära aktion hade gjort en "grundlig situation ännu värre".
Förenade kungariket deltar för närvarande i koalitionsflygstrejker mot IS-mål i Irak, men inte i Syrien, efter att parlamentet röstade emot draget 2013.
David Cameron för samtal med förbundskansler Angela Merkel om Storbritanniens EU-reformmål, situationen i Syrien och invandrarkrisen.