Zanim przystąpił do swoich eksperymentów ze skrzydłami nośnymi, oraz budowania pierwszych urządzeń latających, długo obserwował loty białych bocianów.
W roku 1889 opublikował książkę "Lot ptaka jako podstawa sztuki latania" - (Der Vogelflug als Grundlage der Fliegerkunst) - dziesięć lat później książka ta pomogła braciom Wright wybudować pierwszy samolot silnikowy.
Od roku 1891 rozpoczął systematyczne próby lotnicze, które dzisiaj są określane jako pierwsze loty ludzkości. Swój pierwszy szybowiec zbudował z prętów wierzbowych i płótna. Lecąc na nim opierał się na olbrzymich, dwupłatowych skrzydłach, zaś "podwozie" stanowiły po prostu jego nogi.
W ciągu 5 lat wykonał około 2000 lotów szybowcowych ze wzniesień, pokonując odległości nawet kilkuset metrów. Wykorzystywał przy tym również prądy zboczowe, dzięki którym uzyskiwał przewyższenia nad miejscem startu.
Był autorem 18 projektów maszyn latających.
W sierpniu 1896 roku, wskutek rozbicia się na górze Gollenberg niedaleko Stölln, doznał złamania kręgu szyjnego w wyniku czego następnego dnia zmarł.
Za zasługi dla lotnictwa został nazwany Ojcem Szybownictwa. Wkrótce ustanowiono medal im Ottona Lilienthala, nazywany Medalem Lilienthala, przyznawany za wybitne osiągnięcia w szybownictwie.
To on powiedział: "Wynalezienie maszyny latającej nic nie znaczy; jej zbudowanie znaczy niewiele; latanie na niej - oznacza wszystko!
