Langhans est né à Landeshut (Kamienna Góra), en Silésie. Il étudie d'abord le droit de 1753 à 1757 à Halle, puis les mathématiques et les langues. C'est en autodidacte qu'il aborde l'architecture, étudiant plus particulièrement les textes de l'antiquité romaine, les théories de Vitruve et leur version moderne de Winckelmann.
Son premier projet (1764) pour l'église protestante de Glogau, appelée l'église « à la Barque de Christ » (« zum Schifflein Christi »), lui vaut d'être reconnu comme architecte, et la même année, d'être nommé inspecteur des domaines du comte de Hatzfeld, qui avaient été détruits par la guerre. Il les reconstruisit selon sa propre conception entre 1766 et 1774. Grâce à l'intervention du comte de Hatzfeld, il s'est aussi fait connaître à la cour royale de Berlin. Son premier travail au service de la famille royale fut, en 1766, la cage d'escalier et la « Muschelsaal » du château de Rheinsberg.
En 1771, Langhans avait épousé Anna Elisabeth Jaeckel, la fille d'un juriste de Breslau. Ils eurent cinq enfants : deux filles, Juliane Louise et Amalie Wilhelmine, un fils, l'architecte de théâtre Carl Ferdinand ainsi que deux autres enfants, morts peu après la naissance.
À partir de 1782, ils ont vécu auprès de sa belle-famille dans une maison de l'Albrechtstraße à Breslau. En 1788, ils s'installent à Berlin, où il habitait au 48, Charlottenstrasse, à l'angle de l'actuelle Behrensstrasse.
Les voyages d'étude
Vers la fin du XVIIIe siècle et le début du XIXe siècle, tous les artistes rêvaient d'entreprendre un voyage en Italie afin d'être en mesure d'étudier les bâtiments antiques de leurs propres yeux. La réalisation de ce rêve n'est pas accordée qu'aux Goethe et Schinkel. Langhans, lui aussi, a pu se permettre ce voyage en 1768 et 1769 grâce à l'appui du comte de Hatzfeld. Il a aussi visité l'Angleterre, la Hollande, la Belgique et la France, au nom et aux frais du roi.
Jens-Oliver Kempf, Die Königliche Arzneischule in Berlin von Carl Gotthard Langhans. Eine baugeschichtliche Gebäudemonographie. Gebr. Mann Verlag, Berlin 2008, 256 Seiten, (ISBN978-3-7861-2576-1).
Regulus Velin: Der Baumeister des Brandenburger Tores. Historiographisches über den Architekten Carl Gotthard Langhans. Berliner Forum 3/83, herausgegeben vom Presse- und Informationsamt des Landes Berlin, 1983.