蘭利雖然從未進(jìn)過大學(xué)，但他是一位靠頑強(qiáng)自學(xué)成名的學(xué)者，有足夠的能力從事天文學(xué)、航空學(xué)工作，1865年他當(dāng)上哈佛大學(xué)天文學(xué)助教，最后在幾個學(xué)院取得了這門學(xué)科的教授職位。1881年他發(fā)明了測輻射熱計，這種儀器用于精密測定微量的熱（達(dá)十萬分之一度的溫差），由一根涂黑的白金絲受熱所產(chǎn)生的電流的大小來度量。為了紀(jì)念他，就把每平方厘米1卡的輻射單位叫做1蘭利。

蘭利到加利福尼亞州惠特尼山考察期間，用這種儀器仔細(xì)測定了光譜可見區(qū)和紅外區(qū)的太陽輻射強(qiáng)度。在這過程中，他第一次把太陽光譜的知識擴(kuò)展到遠(yuǎn)紅外區(qū)。 1887年他被任命為史密森協(xié)會秘書。

他有一段傷心的經(jīng)歷：研制飛機(jī)幾乎沒有搞成（如同菲搞成汽船，特里維雪克沒搞成火車頭一樣）。蘭利仔細(xì)制訂了空氣動力學(xué)原理，說明鳥類怎樣輕駕雙翼而滑翔，以及空氣怎樣會支承特殊形狀的薄翼。（可是，對他的理論提出異議的人正是開爾文；在這件事情上是開爾文錯了。）他所提出的生力計算公式到今天仍然被采用。蘭利的理論雖然是可行的，但是在實際操作中由于他所用材料的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度或者發(fā)動機(jī)的缺陷，致使他的飛機(jī)未能飛成。

1896年他制造了一個帶動力的飛機(jī)模型。該模型飛到了150米的高度，飛行留空時間達(dá)到了近3個小時。這是歷史上第一次重于空氣的動力飛行器實現(xiàn)了穩(wěn)定持續(xù)的飛行，在世界航空史上具有重大的意義。蘭利受到威廉·麥金萊總統(tǒng)的鼓勵，并取得政府資助的五萬美元（重于空氣的飛行應(yīng)用到軍事上的可能性，因美國 u2013 西班牙戰(zhàn)爭而激起了政府的興趣），于1897至1903年間進(jìn)行了三次試驗，但仍無所獲。

1903年10月7日，為美國陸軍和海軍研制的一種能用于戰(zhàn)爭的載人飛機(jī)“空中旅行者”進(jìn)行首次飛行實驗，這架飛機(jī)采用了前后串置的機(jī)翼布局，以內(nèi)燃機(jī)為動力，采用彈射方式起飛。但當(dāng)彈射裝置將飛機(jī)彈出時，飛機(jī)卻一個倒栽蔥掉在了河里。飛行員死里逃生。

經(jīng)過修復(fù)后再次試飛的“空中旅行者”又發(fā)生了機(jī)尾折斷，飛機(jī)垂直落入水中的事件。兩次試飛失敗引起輿論一片嘩然和嘲笑，紐約時報發(fā)表一篇苛刻的社論，抨擊蘭利的愚蠢，據(jù)他們認(rèn)為，蘭利把公眾的資金白白丟進(jìn)了無稽的夢想之中。他們預(yù)言，花它一千年，人也飛不起來。那篇社論發(fā)表九天之后，這個一千年突然完了；原來，奧維爾·賴特和威爾伯·賴特沿著利林塔爾的腳印，第一次乘飛機(jī)飛行成功。

1908年史密森協(xié)會設(shè)立蘭利獎?wù)�，頒發(fā)給在航空學(xué)上有成就的人，第一次獎品即授予賴特兄弟。1914年蘭利的最后一架飛機(jī)安裝了功率更大的發(fā)動機(jī)，飛行成功了；那時蘭利死去已有八年。為了紀(jì)念他，弗吉尼亞州的蘭利場，以及國家航空和航天局的蘭利研究中心，都是以他的姓氏命名的。