Langley Roxbury-ben született 1834. augusztus 22-én. Tanulmányai elvégzése után építő- és építészmérnök volt Chicagóban és St. Louisban, majd Bostonban a Harvard Obszervatórium asszisztens lett. Később matematikát tanított az Egyesült Államok Haditengerészeti Akadémiáján, a marylandi Annapolisban. 1867-ben lett az Allagheny Obszervatórium igazgatója, s a Pittsburgi Egyetem csillagászat- és fizikaprofesszora. 1878-ban feltalálta a bolométert, amellyel a Nap sugárzó hőjét, felszíni hőmérsékletét és a napszínkép infravörös tartományát tanulmányozta. Megállapította, hogy a Nap sugárzási energiája nem egyenletesen oszlik el a színképben, 1888-ban színképatlaszt készített a Napról. Meghatározta a napállandót (a földi légkör határfelületének egységnyi területére egységnyi idő alatt érkező energia: 1,35 kW/m2), s ebből igen nagy pontossággal a Nap felszíni hőmérsékletét. Ő épített 1896-ban elsőnek levegőnél nehezebb, nem kormányzott repülőgépet, amely pilóta nélkül, gőzgéppel repült. Két gépének szárnyfesztávja 4,3 m volt, a gépek súlya 11,8 kg, s sikeresen átrepülték a Potomac folyót. Első, pilóta irányította gépét 1903-ban öthengeres, léghűtésű benzinmotor hajtotta, fesztávja 14,6 m, összsúlya 386 kg volt. A gép Charles M. Manly irányításával kétszer is lezuhant, a pilóta katapultált - 9 nappal a Wright-testvérek sikeres repülése előtt.