Od jesieni 1808 pracował jako samodzielny architekt we Wrocławiu. W 1819 został mianowany radcą budowlanym (niem. Baurat). W latach 1828–1829 wyjechał do Francji i ponownie do Włoch. W 1834 przeprowadził się do Berlina, by zająć się budową pałacu dla księcia Wilhelma przy Unter den Linden.
Projektował głównie budynki oper i teatrów w stylu klasycystycznym i historycznym. W 1845 powierzono mu odbudowę audytorium opery berlińskiej, zniszczonej przez pożar w 1843. Później był często angażowany do budowy teatrów, m.in. w Legnicy (1841), Szczecinie (1846–1849), Dessau (1855) i Lipsku (1864–1868). Wcześniej jednak nie udało mu się otrzymać zlecenia na odbudowę berlińskiego Teatru Narodowego (niem. Berliner Schauspielhaus), które przypadło Schinklowi w 1817 ani też na budowę berlińskiego Königsstädtisches Theater w 1833, które przyznano Karlowi Theodorowi Ottmerowi.
Obok architektury, Langhans interesował się akustyką i mechaniką – w 1831 zaprezentował we Wrocławiu swój wynalazek tzw. pleoramę – dwie, ruchome panoramy, które przesuwały się równolegle, a widz siedzący w łodzi pomiędzy nimi miał wrażenie wycieczki wodnej, np.