Som barn fikk han musikkundervisning av Gottfred Matthison-Hansen, og i 1871 fikk han et års undervisning på Musikkonservatoriet. Det var imidlertid meningen at han skulle gå embedsveien, og han kom derfor i gang med et statsvitenskapelig studium ved universitetet. Etter en tid kuttet han ut studiet for å prøve seg som gartner, men fra 1874 virket han utelukkende med musikk, først og fremst som komponist, men i korte perioder som orkesterdirigent.
Samme år var han med på å stifte Koncertforeningen og i et par år var han meddirigent, den eneste faste stillingen han hadde.
På slutten av 1880-tallet reiste han rundt og bodde blant annet to år i Stockholm, hvor han stiftet vennskap med bl.a. Tor Aulin og Emil Sjøgreen.
Lange-Müller giftet seg i 1892 med Ruth Block og fikk tre døtre med henne.
Lange-Müller led av dårlig helse hele livet, men foretok allikevel mange reiser og komponerte en stor mengde musikk.
Allerede hans op. 1 Fem Sange af Salomon og Sulamith med tekst av B.S. Ingemann ble tatt godt i mot av publikum og kritikerne selv om mange av hans større verker senere fikk en mer lunken mottakelse.
Lange-Müller skrev mer enn 200 sanger for en stemme eller kor. Lange-Müllers romanser og korsanger var den danske kulminasjonen på en musikksjanger som startet i Tyskland på slutten av 1700-tallet med blant annet
Beethoven, Schubert, Carl Loewe, Brahms og Hugo Wolf.
I Danmark var det personer som J.A.P. Schultz, Weyse, Gade, Peter Heise og altså Lange-Müller som var de førende på dette området. Thomas Laub og Carl Nielsen forenklet stilen og Poul Schierbeck var kanskje den siste store eksponenten for denne sjangeren.
Men Lange-Müller skrev også mange stykker med orkester. Bl.a. 2 symfonier, en fiolinkonsert, flere orkestersuiter og 4 operaer. Dessuten skrev han større eller mindre mengder musikk til en lang rekke skuespill, blant annet hans største suksess; musikken til Holger Drachmanns eventyrspill Der var engang, hvor «Midsommervisen» inngår (den som Shu-bi-dua har skrevet ny musikk til) og musikken til Sophus Bauditz' lystspill I Mester Sebalds Have (1880).
«Vi elsker vort land» med tekst av Holger Drachmann er tatt opp i den danske kulturkanonen.[4]
op. 6 Otte sange af Ingemann (Sulamiths sang i dronningehaven, Kæmpens sang, Sulamiths sang på brudekarmen,… 1876)
op. 7 Tove (opera 1878)
op. 8 12 klaverstykker
op. 9 Niels Ebbesen (baryton, mandskor og orkester 1878)
op. 10 Tolv kor– og kvartetsange (bl.a. Kornmodsglansen)
op. 11 Sange til tekster af Thor Lange (Hvorfor hælder piletræet, Kosakken…)
op. 13 I mester Sebalds have (skuespil 1880)
op. 14 Seks danske sange (Ved solnedgang, Frisk vejr, Alverden er syg.. 1882)
op. 15 Fulvia (skuespil)
op. 16 Fem norske Sange
op. 17 Symfoni nr. 1 i d-mol ("Efterår" – 1879/1882)
op. 18 Seks folkeviser efter Thor Lange (Skin ud du klare solskin, Piletræet bøjer sig, Lille røde Rønnebær… 1882)
op. 19 Stemninger fra Rusland (Himlen ulmer svagt i flammerødt, Se blygrå sky'r, Aftenskæret over skoven står, Det skumrer, Se blygrå sky'r… 1882)
op. 20 Fire digte af Tolstoj (En rand af diset hede, Dybt i skumring, Se som skygger hen ad himlen, Under sneen begraves... 1883)
op. 21 Tre salmer (kor og orkester 1883)
op. 22 Spanske studenter (opera 1883)
op. 23 Sange af Drachmann (Bjørnen.. 1884)
op. 24 Sange af Ernst von der Recke
op. 25 Der var engang (skuespil 1887)
op. 26 Meranerreigen (klaver)
op. 27 Sechs ernste Lieder (Verzogen, verflogen, Die du bist so schön, Nimm mich auf, Der Zimmermann, Die heil'gen drei Könige… 1885)
op. 28 Fem franske Sange
op. 29 Zwei Madonna lieder (mezzosopran, kor og orkester)
op. 30 Fru Jeanna (opera 1891)
op. 31 Thabor – Ved løvfaldstid (sange)
op. 33 Symfoni nr. 2 i d-mol (1889/1915)
op. 34 Otte folkeviser efter Thor Lange (Hyrden drager sin kappe på, Højt op i fjeldet, Al min kærlighed, Alle de urter er sprungne ud, Det er den blide sommer. Gik du fra mig ud, I Würtzburg ringe de klokker til fest, Silde den aften – 1888)
op. 35 Korsange
op. 36 Kantate til hundredeåret for stavnsbåndets løsen (1888)
Kantate ved den nordiske Industriudstillings Aabningsfest 1888
Udstillingskantaten (kor og orkester 1888)
Albumsblade (1889) for strygekvartet
op. 38 Tre sange fra polsk og russisk (I skoven I, I skoven II, Skytsenglen – 1890)
op. 39 Tre fantasistykker for violin og klaver (1895)
op. 40 Sange af Karl Gjellerup
op. 41 Ved Bosperus (skuespil 1891)
op. 42 Peter Plus (skuespil)
op. 44 Hertuginden af Burgund (skuespil)
op. 47 Weyerburg (orkestersuite 1894)
op. 48 "Letizia" (skuespil 1898)
op. 49 Danse og intermezzi (klaverstykker)
op. 50 Vikingeblod (opera 1900)
op. 53 Klavertrio i f-mol (1898)
op. 54 Tre sange ved havet (Jeg sejled en nat over, Og da jeg sejled, Snart er de lyse nætter)
op. 55 Middelalderlig (melodrama 1896)
op. 56 Syv skovstykker (klaverstykker)
op. 57 Fire sange af "Cosmus" (Solen springer ud som en rose, Jeg synger om en kongesøn, Den vedben har ej blomster og Den hvide lyng – 1898)
op. 59 Renaissance (melodrama 1901)
op. 63 Romance for violin og orkester (1899) (findes også i en udgave for klaver og violin)
op. 64 Sytten viser og sange efter Thor Lange (Ak favre ejer jeg fingre små, Tal sagte unge nattergal, I solen kvidre spurve små, Der står to roser, I brændingen, Bierne… 1899)
op. 65 Tre madonnasange (kor 1900)
op. 66 Klaverfantasi i c-mol
op. 67 Prolog ved Dansk Koncertforenings 1- koncert (Kor og orkester 1902)
op. 68 Dæmpede melodier (klaverstykker)
op. 69 Violinkoncert i C-dur (1904)
op. 71 Kantate til H.C. Andersens 100-årsdag (1905)
op. 72 Agnete og Havmanden (kor og orkester 1908)
op. 75 Ni sange af Ernst von der Recke (Alt dækker nattens, Jeg fik ej blund i øjet… 1908)
op. 77 Vandringsmandens sange (Jeg vandrer ad den vej, Herre er det dig der kommer, Som en dæmpet klang af... )