Лонгин Федорович родился в 1840 г. в городе Сольвычегодске. Его отец Федор Савельевич отслужил положенный срок в армии, а после отставки сделался начальником инвалидной команды Сольвычегодска. Вскоре после рождения сына он заболел и уехал лечиться в Вологду, а инвалидной командой фактически управляла его жена Анна Ивановна, женщина решительная, строгая, живо напоминавшая Василису Егоровну из «Капитанской дочки» Пушкина. Родом она была из когда-то зажиточной, но разорившейся купеческой семьи. Лечение в Вологде мало помогло Федору Савельевичу, и он умер, когда Лонгину не исполнилось и полутора лет. После смерти кормильца семейный бюджет Пантелеевых насчитывал ровно 3 копейки, что не оставляло им никаких перспектив для жизни в Сольвычегодске. Анна Ивановна с сыном и дочерью переезжают в Вологду, где и живут на нищенскую пенсию за потерю кормильца в 28 руб. в год.
Монашки одного из окрестных монастырей обучили Лонгина грамоте, а его сестру мать отдала на воспитание в семью местных бездетных помещиков Одинцовых. С 1848 г. у них стал проводить часть года и Лонгин, получая тем самым приличное домашнее образование. В 1850 г. он был принят на казенный кошт в Вологодскую гимназию, а чтобы поддержать мать и сестру, учил на каникулах детей помещика Пегалина, получая за это полпуда муки в месяц. Успехи Лонгина в науках были замечены окружающими, и в середине 1850-х гг. он, благодаря помощи добрых людей, уехал в Петербург, где поступил на казенный кошт в университет.
К 1861 г. Пантелеев занимает видное место в общественной жизни университета: он делается одним из распорядителей студенческой кассы взаимопомощи, членом совета студенческой библиотеки, а также организатором сходок учащейся молодежи. Когда в 1861 г. в университете начались волнения, вызванные введением новых, более жестких правил для студентов, Лонгин Федорович принял в них активное участие. В результате 28 октября того же года он был арестован и два месяца провел в Петропавловской крепости. Выйдя из нее в начале декабря, Пантелеев становится членом комитета по организации лекций для студентов в здании Городской думы, поскольку университет был временно закрыт властями.
Его общественная активность не осталась незамеченной серьезными радикалами. В первой половине 1862 г. один из создателей «Земли и воли» А.А. Слепцов предложил Пантелееву вступить в подпольную организацию. Тот с восторгом откликнулся на это предложение, более того, став членом «Земли и воли», он принял в ее ряды не менее двадцати знакомых студентов. Он сближается с Чернышевским, имя Пантелеева становится известным и Герцену. Лонгин Федорович участвовал в организации подпольных типографий, сборе средств в помощь революционерам, в написании и распространении землевольческих прокламаций. На этом, можно сказать, закончилась первая часть его жизни, и вскоре началась вторая, мало похожая на первую.
11 декабря 1864 г. Лонгина Федоровича арестовали за принадлежность к революционной организации, поддержавшей польское восстание 1863 г. По приговору суда он был лишен всех прав и сослан на 6 лет в каторжные работы. В середине 1866 г. Пантелеев с сопровождавшей его женой, дочерью богатого золотопромышленника, прибыл в Енисейскую губернию. Нужные связи всегда были вещью в России очень полезной, а порой и незаменимой. Тесть Пантелеева В.Н. Латкин вовремя «подмазал» местные власти, и те заменили родственнику уважаемого золотопромышленника каторжные работы поселением в Енисейской губернии. Вольнопоселенец – это вам вовсе не каторжник.
Поначалу Пантелеев служил в компаниях Латкина, затем – другого промышленника, В.И. Базилевского, проявив при этом редкую хватку и способность к коммерции. Постепенно он дорос до поста управляющего приисками Базилевского, а затем начал и собственное дело, принесшее ему весьма солидное состояние. Вот почему, когда в 1874 г. Лонгин Федорович был восстановлен в правах, то в Петербург вернулся далеко не тот бедный и бесправный студент, который в середине 1860-х гг. под конвоем покидал столицу империи. Теперь Пантелеев считался властями вполне добропорядочным предпринимателем.
Заработанные деньги он тратил на «дело», только само «дело» понималось им несколько иначе, чем в юности. Пантелеев помогает семье Чернышевского, за что получил письменную благодарность как от Ольги Сократовны, так и от самого Николая Гавриловича. В 1877 г. он открыл собственное издательство и возглавлял его вплоть до 1907 г. За тридцать лет издательство Пантелеева выпустило свыше 255 наименований книг общим тиражом в 650 тыс. экземпляров, цифра по тем временам огромная. Среди этих книг были работы ведущих ученых: И.М. Сеченова, А.Н. Бекетова, Н.И. Кареева, В.В. Водовозова, М.М. Ковалевского. Издавал он и публицистику Н.А. Добролюбова, В.А. Зайцева, а также классические произведения мировой науки и литературы: Апулея, Тацита, Спинозы, Паскаля, Монтескье, Гексли, Мицкевича и др.