Ulf Langheinrich émigre en Allemagne de l’Ouest en 1984, où il crée un studio de musique électronique et élabore les bases de son langage musical tout en s’adonnant à la peinture, au dessin et à la photographie. En 1988, il part pour Vienne où un studio est mis à sa disposition au WUK. De 1988 à 1991, il se consacre de nouveau à la peinture et au dessin. Une exposition lui est consacrée à la Kunsthalle Exnergasse, qui donne lieu à la publication d’un catalogue.

En 1991, il fonde avec Kurt Hentschläger le duo GRANULAR-SYNTHESIS, qui réalise plusieurs projets internationaux à grande échelle, parmi lesquels MODELL5 (1994-2007), NOISEGATE (1998) et POL (1998-2008). GRANULAR-SYNTHESIS se produit en Europe, en Asie, en Amérique du Nord et en Océanie (en autres : ICA Londres, MAK Vienne, Musées d'art contemporain de Lyon, Montréal et Seoul, Stedelijk Museum Amsterdam, Kunstverein Hannover, ISEA Montréal et Liverpool, ICC Tokyo, Creative Time New York et le Pavillon de l'Autriche à la Biennale de Venise).

En 1995, le duo reçoit le Premier Prix ARTEC de la Biennale internationale de Nagoya. Les œuvres de GRANULAR-SYNTHESIS sont publiées sur plusieurs DVDs, dont REMIX/INDEX (Arge Index / Medienwerkstatt Wien & sixpackfilm) et IMMERSIVE WORKS (ZKM / Cantz).

À partir de 2002, Ulf Langheinrich se consacre de nouveau à ses propres projets.

Ses œuvres sont présentées notamment à Barcelone (MACBA 2011, SONAR 2018), Berlin (Martin-Gropius-Bau 2007-2008), Bruxelles (Halles de Schaerbeek 2016), Dresde (Hellerau EZK 2010, 2012 et 2016), Eindhoven (STRP Festival 2009), Gand (Film Festival 2008), Hong Kong (Ouverture du Run Run Shaw Creative Media Centre 2011, ouverture d'ISEA Hong Kong 2016), Madrid (ARCO 2006), Melbourne (ACMI 2005), Montréal (Elektra Festival 2007, SAT 2012-2013 et 2018), Moscou (Red October 2011, Winzavod 2013), Perth (PICA 2007), Rome (Romaeuropa Festival : Palladium 2006, MACRO Testaccio - La Pelanda 2010, Palazzo delle Esposizioni 2017-2018), Rotterdam (DEAF 2004), San Francisco (Recombinant Festival 2016 et 2018), Séoul (Incheon Digital Arts Festival 2010) Shanghai (Zendai MoMA 2006, Shanghai Sculpture Space 2007, Science and Technology Museum 2008, Chronus Art Center 2014, Power Station of Art 2017, Ming Contemporary Art Museum 2018), Taipei (Musée des beaux-arts 2013), Vienne (Wien Modern 2006 et Künstlerhaus 2010), Washington (Hirshhorn Museum et Musée de l'air et de l'espace 2017)...

En 2005, il est l'invité spécial du festival Ars Electronica de Linz, avec le soutien de la Fondation Siemens. Il y est de nouveau invité en 2019 avec une commande spéciale pour l'environnement Deep Space (double projection 3D 8K) du Ars Electronica Centre.
Plusieurs expositions solo lui sont consacrées, au Kunstraum Florenz Bâle 2015, à la Muffatwerk Munich 2017 et au MELT Festival Ferrapolis 2018.

En 2018, il est l'invité spécial du Festival MELT en Allemagne (avec quatre oeuvres dont une création).

À l'invitation de grands festivals de musique contemporaine, il compose les pièces SYNTONY pour le Festival d'Art Lyrique d'Aix-en-Provence 2005, DRIFT LIVE pour Wien Modern 2006 ou encore KU pour Tonlagen à Dresde 2010.
On peut également entendre sa musique sur le spectacle "N" du chorégraphe français Angelin Preljocaj, en tournée de 2004 à 2007.
En 2015, il signe deux nouvelles compositions acoustiques, SINKEN II pour ensemble à cordes et électronique et RE-TIME pour orchestre philharmonique et images 3D.

Il réalise plusieurs œuvres cinématographiques, pami lesquels le film interactif abstrait PERM 2005, spécialement créé pour le dôme gonflable EVE de Jeffrey Shaw, suivi d'HEMISPHERE 2006-2016, film hémisphérique avec le soutien de la Fondation fédérale allemande de la culture et LAND, son premier film stéréoscopique, commande de la Biennale de Liverpool 2008. La même année il coréalise le court métrage SPINTEX avec Gina Czarnecki au Ghana puis conçoit trois films en 3D 360° pour l'AVIE, autre dispositif conçu par Jeffrey Shaw : ALLUVIUM 2010, MOVEMENT Z et MUSIC II 2014.

Il signe plusieurs spectacles et installations avec les danseuses japonaises Akemi Takeya (CE_I, WEATHERING 2005-2006) et Toshiko Oiwa (MOVEMENT A 2008, MOVEMENT X et MOVEMENT Y 2010, MOVEMENT B 2011), et plus récemment, avec la danseuse chinoise Luo Yuebing (MOVEMENT C, MOVEMENT Z 2014 et FULL ZERO 2016).
Pour son dernier projet en date, VORTEX 2020, un spectacle de danse et images 3D live, il collabore avec la chorégraphe Italienne Maria Chiara de' Nobili.

En 2015 il crée les images et participe à la conception lumière de l'opéra SOLARIS de Dai Fujikura et Saburo Teshigawara, d'après le roman de Stanislas Lem, présenté au Théâtre des Champs-Élysées puis aux Opéras de Lille et de Lausanne.

En 2017, il conçoit GHOST, la troisième œuvre d'animation liquide pour la "MATRICE LIQUIDE 3D" (construite en 2014), présentée pour la première lors de l'exposition BODY MEDIA II à la Power Station of Art, siège de la Biennale de Shanghai.

La même année, lors d'une rétrospective de ses œuvres à la Muffathalle de Munich, il créée LOST une nouvelle pièce pour le dôme suspendu qui avait été initialement conçu pour son film HEMISPHERE. LOST a la particularité de n'utiliser que des lumières stroboscopiques sans apport d'images projetées. Les deux œuvres sont aussi présentées, indépendamment de leur dôme dédié, dans des planétariums comme celui du Musée de l'air et de l'espace du Smithsonian Institut de Washington ou dans les dômes de la SAT de Montréal et du festival SONAR de Barcelone.

En 2018, le festival Lumiere London lui commande une création, OSC-L, pour l'extérieur de la cage de scène du National Theatre de Londres.

La discographie d'Ulf Langheinrich compte les CDs DEGREES OF AMNESIA (Asphodel Records), sorti en 1998 et réédité en 2012 par DS-X.org, et IT WOULD HAVE BEEN FANTASTIC, réunissant les compositions sonores de ses installations (DS-X.org, 2012).

Le double DVDVisionaries 21: The Aesthetic of Sensoryparu en 2013 chez Artfilms (R.U. - Australie) présente ses spectacles et installations créés entre 2002 et 2010.

Entre 2003 et 2010, Ulf Langheinrich enseigne les arts médias à l'École supérieure des beaux-arts de Leipzig, à l'Université des sciences appliquées de Salzburg, à la City University de Hong Kong, ainsi qu’au Fresnoy - studio national des arts contemporains à Tourcoing. Il est également artiste conférencier en résidence au RMIT à Melbourne et à l’Université nationale d’art de Hangzhou. Il est invité pour de nombreux colloques aux Etats-Unis, au Canada, en Chine et en Allemagne, entre autres.
Il participe au projet éducatif Sup de Sub du collectif LFKs dirigé par Jean Michel Bruyère, dont le campus de Marseille a ouvert en septembre 2019 et celui de Seine Saint Denis en janvier 2020.

De 2016 à 2020, Ulf Langheinrich est directeur artistique du festival CynetArt, Dresde, DE.