Apja nyomdokaiban építészetet tanult. 1911-ben kétéves világkörüli útra indult. Párizsban festészetet tanult, és rajzok készítéseiből tartotta fenn magát. Az első világháború kitörésével bevonult az osztrák hadseregbe. A fronton megsebesült. 1918-ban Berlinbe költözött, ahol forgatókönyveket írt, és 1919-től rendezőként dolgozott. 1920-ban feleségül vette a híres írónőt, Thea von Harbout, ezt követően az összes német filmjét feleségével közösen írta. A kriminálpszichológia iránti vonzódása már a Dr. Mabuse, a játékos (1922) című filmjében megmutatkozik. Ebben a filmben a főhős egy gonosz, ám zseniális tudós, aki korlátlan hatalmat akar birtokolni a társadalom felett. Mabuse könnyen manipulálja az értéktőzsdét, csábítja a nőket, és pszichikai terrort vet be annak érdekében, hogy tehetős áldozatai tönkremenjenek. Elkerülhetetlen bukását egy nő okozza, aki a tébolyba kergeti Mabusét, méghozzá úgy, hogy látomásait, melyben Istennek képzelte magát, maga ellen fordítva azt képzeli, egykori áldozatai feltámadtak, hogy őt felelősségre vonják.
A nibelungok (1924) és a Metropolis (1926) nemzetközi közönség számára készített monumentális filmeposzok voltak. Csodálatos képi és mesterséges világuk meggyőző ereje miatt figyelemre méltó alkotások. A Siegfriedben és A nibelungok első részében meghatározóak a geometriai formák, ellentétben a Kriemhilda bosszújával melyben az aszimmetria teljes káosza dominál.
Lang első hangosfilmjében, az M-Egy város keresi a gyilkostban (1931), Peter Lorre gyermekgyilkost alakít, aki rettegésben tartja az egész várost, sorozatban követi el a rémtetteit. A rendőrség és az alvilág jeleneteinek képeit egymásba vágta, hangsúlyozva ezzel a két szervezet erőviszonyait, a köztük fennálló versengést, hogy elfogják a személyt, aki mindkettejük érdekeit megsértette. A náci cenzúra nem engedte a Dr. Mabuse végrendeletének (1932) bemutatását. Lang elmondása szerint Joseph Goebbels magához hívatta, aki a filmről szinte nem is beszélt, viszont közölte, hogy Hitler azt akarja, hogy Lang legyen a náci filmipar vezetője. Lang azonnal elhagyta Németországot és Párizsba menekült. Elvált Theodorától, aki szimpatizált az új rezsimmel.
Amerika
1934-ben az MGM szerződést ajánlott fel neki. Hollywoodba költözött és 1936-tól 20 éven át huszonkét amerikai filmet készített, szinte mindig más stúdiónál.
Az MGM-szerződés előtt behatóan tanulmányozta az amerikai kultúrát. Megállapította, hogy az amerikai közönség hétköznapi embereket kedvel a vásznon. Elkészítette a Téboly című filmjét, amiben egy férfit tévedésből tartóztatnak le és gyanúsítanak meg egy gyermek elrablásával és meggyilkolásával. Lang német filmjeiben a nézők jóval tájékozottabbak, mind a szereplők. Ez a fajta „mindentudás” eltűnik amerikai filmjeiből, ahol a közvetett bizonyítékok fontos szerepet játszanak, és a látszat ugyanúgy megtéveszti a szereplőket, mint a nézőket. Néhány szokatlan western és náciellenes filmsorozat után Lang három filmet forgatott Joan Bennet főszereplésével. A Nő az ablak mögött (1944) sikere után Bennet férje, Walter Wangen producer társult Langgal, aki így még két film noirt készíthetett, melyben végzetszerű álomképeket jeleníthettek meg félreérthetetlenül pszichoanalitikus megközelítésben: a Scarlet Streetet (1945), mely Jean RenoirA szuka (1931) című filmjének átdolgozása, és a Titok ajtó mögöttet (1947). Lang ötvenes évekbeli filmjeiben élesen bírálja az amerikai médiát. Figuráit fokozott távolságtartással mutatja be, hogy a néző ne azonosulhasson velük a szokásos módon, és inkább a film felépítésével, vágásokkal, mise-en-scène-effektekkel befolyásolja a közönséget. E periódusban a legsikeresebb alkotása A búcsúlevél (1953), ami kizárólag Gloria Grahame és Lee Marvin zseniális alakításának köszönhetően nem vált teljesen személytelenné.
Ismét Németországban
Lang rövid időre visszatért Németországba, ez idő alatt három filmet készített: Az esnapuri tigrist (1959), A hindu siremléket (1959) és egy harmadik Mabuse filmet, Dr. Mabuse ezer szemét (1960). Ezek a filmek tele vannak régebbi filmjeiből vett utalásokkal. 1963-ban saját maga alakította Jean-Luc GodardMegvetés (1963) című filmjében a rendezőt, aki kitart amellett, hogy kifejezésre juttathassa vízióját a filmvásznon.
Utolsó évek
Nyugdíjas éveire visszatért Hollywoodba. Forgatókönyveket írt, de többet nem rendezett.
Válogatott filmjei
Az aranytó, A pókok I. része (Die Spinnen 1.: Der Goldene See, 1919)
A gyémánthajó – A pókok 2. része (Die Spinnen 2.: Das Brillantenschiff, 1920)