Окончил гимназию в Вологде в 1858 году и юридический факультет Петербургского университета в 1862 году.
В конце 1850-х — начале 1860-х — преподаватель математики у малолетних певчих Придворной певческой капеллы.
Был членом тайной революционной организации «Земля и воля», и в декабре 1864 года был арестован за революционную деятельность и поддержку Польского восстания (бунта), приговорен к 6-летней каторге, замененной по прибытии в Сибирь (в Енисейскую губернию) поселением.
В 1876 году Пантелеев вернулся в Петербург, а в следующем году организовал издательство научной литературы[3]. За 1877—1907 годы он издал свыше 250 книг, в том числе 4-томное собрание сочинений Н. А. Добролюбова и сочинения А. Мицкевича.
Лонгин Пантелеев — автор известных «Воспоминаний», в которых он рассказывает о встречах с Ф. М. Достоевским в первой половине 1860-х годов.
С 1905 года состоял в партии кадетов, сотрудничал во многих её периодических изданиях, входил в состав Петербургского городского комитета[4].