ABD ve Fransa'da eğitim gören Langmuir, 1903 yılında Columbia Üniversitesi'nden metalurji mühendisi olarak mezun oldu. Almanya'nın Göttingen şehrinde yüksek lisansını tamamladı. 1909 yılında ABD ye geri döndü ve New Jersey Haboken'de Stevens Teknoloji Enstitüsü'nde kimya öğretmeni olarak görev aldı. General Electric şirketinin araştırma laboratuvarında iyonlaşmış gazlara dayanan elektronik aletlerin üzerinde çalışmalar yürüttü.
1932'de yüzey kimyası ile ilgili buluşları ve araştırmaları nedeni ile Nobel Kimya Ödülüne layık görüldü.