1848 im meklemburg-vorpommerischen Anklam geboren, begann Lilienthal bereits 1867 mit ersten Forschungen zur Flugphysik, als deren Begründer er noch heute gilt. Mit Hilfe von Drachen und Modellen versuchte er die Kräfte, die beim Fliegen wirken, zu erforschen und auf Grundlage der Ergebnisse "Flugmaschinen" zu bauen, die der Menschheit den "Traum vom Fliegen" erfüllen sollten.

Otto Lilienthal erkannte als erster die Vorteile gewölbter Flügel und nutze deren Auftrieb für seine über 2000 Flugversuche, die er meist von Hügeln oder anderen erhöhten Geländeformen durchführte.

An seine Erkenntnisse der Flugphysik knüpften später auch die Gebrüder Wright an, denen der erste erfolgreiche Motorflug der Geschichte zugeschrieben wird.

Als gelernter Ingenieur und Inhaber einer Maschinenfabrik hielt Lilienthal viele Vorträge zur Physik des Fliegens und schrieb auch ein Buch in dem er den Flug der Vögel als Vorbild für alle vom Menschen gebauten Flugapparate ansieht.

1891 gelang es Lilienthal den ersten sicheren und kontrollierten Gleitflug der Geschichte durchzuführen.

Als Forscher und Erfinder meldete der Luftfahrt-pionier im Laufe seines Lebens 20 Patente an, darunter vier, die sich mit der Luftfahrt befassten.

Er förderte die Entwicklung der Luftschiffe in Deutschland. Bis zu seinem Lebensende war es jedoch immer sein Traum, "fliegen zu können wie ein Vogel". Um dies zu verwirklichen konstruierte er mehrere Apparate, die noch sehr an die Flügel von Vögeln erinnern. Einige seiner Konstruktionen waren bereits mit Motoren ausgestattet, die die Schwingen auf und ab bewegen sollten (Schlagflügelflugzeuge).

Sein Bruder, Gustav Lilienthal, arbeitete an den Flugversuchen Ottos mit und beschäftigte sich nach dessen Tod enger mit Schlagflügelflugzeugen. Mit seinen Flugapparaten, die teilweise auch in die Serienproduktion gingen (so zum Beispiel der "Normalsegelapparat, mit dem er später abstürzte), erreichte er Weiten von bis zu 250 Meter.

Am 9. September 1896 stürzte Otto Lilienthal mit seinem "Normalsegelapparat" ab, da er eine thermische Ablösung nicht mehr aussteuern konnte. Er starb einen Tag später in Berlin an seinen Verletzungen.