L. studierte Medizin und habilitierte sich 1838. Seit 1848 wirkte er in Berlin, u. a. als Direktor des Klinischen Instituts für Chirurgie und Augenheilkunde an der Charité sowie 1866/67 als Rektor der Friedrich-Wilhelms-Universität (heute Humboldt-Universität). Er erwarb sich Verdienste um die Entwicklung der plastischen Chirurgie und gründete 1872 die Deutsche Gesellschaft für Chirurgie, die er viele Jahre als Präsident leitete und deren Ehrenmitglied er war. L. wohnte 1859 Kasernenstraße (heute Ebertstraße) 2 B. Sein Ehrengrab befindet sich auf dem Kirchhof St. Matthäus (Schöneberg). Nach L. sind Straßen und ein Platz in Friedrichshain und Hellersdorf benannt. In der Luisenstraße 58/59 befindet sich das Langenbeck-Virchow-Haus. 1989/90 trug das heutige Bundeswehrkrankenhaus den Namen des Mediziners.