Formatosi alla Boston Latin School, Langley lavorò come ingegnere e disegnatore di architettura prima di recarsi in Europa nel 1864. Al suo ritorno, nel 1866, fu nominato dapprima assistente professore di matematica presso la US Naval Academy di Annapolis, Maryland, quindi professore di fisica e astronomia presso la Western University of Pennsylvania e direttore del Allegheny Observatory dell’università; qui iniziò i suoi esperimenti sulla fisica del volo che fornirono le basi per la progettazione di una serie di modelli volanti. Il 6 maggio 1896 uno di questi velivoli, l’aerodromo n. 5 di Langley, fece un volo di circa 3.000 piedi (circa 900 metri) sul fiume Potomac. Nel 1898, con una sovvenzione del governo degli Stati Uniti, iniziò a lavorare su un aerodromo su vasta scala in grado di trasportare una persona: completata nel 1903, la macchina era alimentata da un motore radiale che sviluppava 52 cavalli.