長井長義
生い立ち
1845年7月24日、阿波国名東郡常三島村に、長井琳章と田鶴子の長子として生まれた。初名直安、幼名長吉。
長井家は代々、阿波徳島藩の初代藩主からの典医として信頼が篤く、父の長井琳章は第十二代藩主・蜂須賀斉昌に仕えた本草学者だった。妻・田鶴子が25歳で早逝したため、琳章は医師としての自責の念から、ますます医薬に没頭した。このような事情から、琳章は長義を医師とするべく、小さい頃からあらゆる知識を教え込んだ。漢学塾と蘭学塾にも通わせている。第十三代藩主・蜂須賀斉裕の小姓として父と一緒に登城する道すがら、琳章は薬草となる草木を見つけ出して長義に効能などを教えていた。
長崎留学
1866年（慶応2年）11月、徳島藩主斉裕は、22歳の長井に長崎留学を命じた。鎖国のなか、外国の知識を本格的に学ぶには、長崎に留学するほかなかった。また、海外に留学するにも、まずは長崎に留学するという風潮となっていた。精得館に入学し、西洋医学をマンスフェルト（C.G. van Mansvelt）から、化学をボードウィン（Anthonius Franciscus Bauduin）から学んだ。
医学を漢方で学んできた長井だが、下宿先が（後に日本写真界の開祖となる）上野彦馬宅であったことも大きく影響し、化学に惹かれるようになった。本来はハラタマ（Koenraad Wolter Gratama）のもとで学ぶ予定だったが、ちょうどハラタマが江戸に移っていたため、上野宅で化学実験を勉強することとなったのだが、このことは後にドイツで非常に役に立つこととなる。写真は当時最先端の技術であり、上野宅には名士が集まっていた。ここで長井は坂本龍馬、大久保利通、伊藤博文の熱弁に触れている。
ドイツ留学
1871年（明治4年）、日本政府は第一回国費留学生として、各分野から11名をアメリカ・ヨーロッパへ留学させた。長井はその1人に選ばれた。専攻分野により留学先は異なり、陸軍はフランスに、海軍はイギリスにという具合に留学先国は決まっていた。長井は医学を目指していたため、ドイツへ（当時プロイセン王国）の留学となった。
ただし、長井はいったん実家に戻っていたため、所定の出発船に遅れてしまった。このため一同とは違うルート、アメリカ経由で出発し、イギリスで先発と合流した。この時のことは長井の日記に克明に書かれている。その後、ドイツのベルリンに渡り、青木周蔵駐独代理公使に下宿先を周旋された。
その翌年よりベルリン大学に入学した。最初の講義はヘルムホルツ（Hermann Ludwig Ferdinand von Helmholtz）の植物学であったが、幼少の頃より父から植物について教え込まれていた長井にとって、和名がすぐ思い浮かび分かりやすい授業となり、内容的にもその後の研究に大きな影響を与えることとなった。リービッヒ（Justus von Liebig）の教え子であるヴィルヘルム・ホフマン（August Wilhelm von Hofmann）の化学の授業もあった。
この二つの授業が、その後の長井の方向性を決定づけることとなった。ホフマンに師事して化学・薬学を学び、化学実験などに没頭していく。しかし、医学を学ぶという名目で国費留学していることと、父を継ぐ事情があるため、化学探求への決心が鈍った。青木などに相談したところ「医師も薬も病気を治すもの」と黙認された。
ホフマンと助手のミリウスは、教室でただ一人の日本人である長井を暖かく指導した。教室の先輩であるチーマンと共同研究者となった。丁字油からオイゲノールを抽出し、さらに誘導体を作る実験を行い、バニラ豆からオイゲノールを経由してバニリン（ワニリン）を分離することに成功。その他、バニリン酸、桂皮酸、プロトカテク酸の誘導体などをミリウス、チーマンと連名で発表していった。
ホフマンの教授助手に選ばれた後、功績を認められ、ベルリン大学よりドクトル・デア・フィロゾフィー Doktor der Philosophie 学位（Ph.D.に相当）を授与された。
ドイツ留学中、ホフマンは長井をベルリン大学に留めておきたいと考え、ドイツ人女性との婚姻を勧めた。長井には伏せて、下宿先のラーガシュトレーム夫人に仲介を依頼した。こういった公私併せた周囲の尽力があり、ギーセン大学でのリービッヒ銅像除幕式の帰路、フランクフルトでテレーゼ・シューマッハと出会った。のちの長井テレーゼである（後述）。
女子教育
長井はテレーゼとともに、女子教育にも力を入れた。ドイツ留学時代にベルリン大学などで、女子学生や助手などを目の当たりにした実感が、「日本においても女子教育が必須である」という信念に結びついたものである。
日本女子大学校創立の6年後、藤田伝三郎の出資により「香雪化学館」が創設されたが、長井はここに、当時最新のドイツ式実験設備を備えた。
ここから丹下ウメ（日本初の女性農学博士）、鈴木ひでる（日本初の女性薬学博士）らが第1号生として輩出。丹下は東北帝国大学（現・東北大学）に合格、女性で日本初の帝国大学入学者となった。東北大学にはその旨の碑文が建てられた。
教え子には黒田チカ（日本初の女性化学者、お茶の水女子大学教授）らも居る。
同じ頃に、雙葉会と雙葉学園の創立にも尽力。雙葉会のシンボルであるフタバアオイは、植物に精通している長井の提案が生きている。
医薬分業と旧制薬学専門学校
当時の日本では、薬学はあくまで医学の一分野であるという認識だった。しかし明治薬学専門学校（現明治薬科大学）校長の恩田重信が医薬分業を主張し、ドイツ帰りの長井もこれに同調し、一部の反発を買うほど苦言と提言を強く主張した。
1923年（大正12年）の関東大震災では明治薬専が焼失してしまうが、長井は恩田を「財産や名誉の損失は取り返しがつくが、勇気を失ったら万事休す」というドイツのことわざで励ました。テレーゼの自発的な行動が元で、長井夫妻は明治薬専再建のための資金調達に飛び回ったが、これは当時としては画期的なことであった。
富山薬学専門学校（現 富山大学薬学部）の官立化に尽力した。これは副次的に熊本薬学専門学校（現 熊本大学薬学部）の官立化にもつながった。
長井の故郷である徳島にも、長井の進言で1922年（大正11年）、徳島高等工業学校応用化学科に製薬化学部が創設された。これは現在の徳島大学薬学部・大学院薬科学教育部で、ここには「長井記念ホール」がある 。
1929年（昭和4年）、感冒に起因する急性肺炎で逝去。墓は富士霊園にある。
テレーゼ夫人と長井家
テレーゼ・シューマッハ（1862年–1924年8月29日）は、ドイツ・アンダーナッハの石材・木材を扱う旧家の出身。長井とテレーゼとのロマンスについては、参考文献『長井長義とテレーゼ』に詳しい。
後に、長井と共に帰朝したテレーゼは、日本女子大学と雙葉学園で教鞭を執り、ドイツ語を教えたという。日本女子大学の家政科では、食材の栄養価、ドイツ料理を、ドイツの風習を交えて教えるなど、長井と共に早期の女子教育に資した。テレーゼの几帳面さはこのような場面で効果的に発揮された。
1922年（大正11年）に日本を訪れたアルベルト・アインシュタインとエルザ夫人のドイツ語通訳も務めている。テレーゼはその2年後、1924年8月29日に長野県軽井沢町の別荘で胆石症により逝去した。
長義との間に3人の子供を授かった。長男・亜歴山（アレキサンダー）、長女・エルザ、次男・維理（ウィリー）。家庭内ではドイツ語を使うように子供達にも徹底していた。長男の亜歴山(Arekisan Nagai, 1877-1966)は東京帝国大学を卒業後外交官となり、勝海舟の孫（三女：逸子の子）・多計代（1891-1973）を妻とした。駐独日本大使館付商務官となり、第二次世界大戦のベルリン陥落後にアメリカ軍によりワシントンD.C.に連行され、終戦後は弁護士として活動、晩年は父の生まれ故郷である徳島で暮らした。6ケ国語に精通し絵画や音楽を愛し、学生時代には一高の寮歌を手掛けたほか、ベルリン時代には日本人演奏家を支援したり、竹久夢二や東山魁夷などを招いて自邸で日本画講習会を開くなど日独交流に努めた。ドイツの石材を使った晩年の住まいは八坂神社（徳島市眉山町大滝山）の所有となり、現在「花見山 心の手紙館」として使われている。
長女エルザ(Elsa Nagai)はアメリカ人のディック・バンネル(Mark Dick Bunnell)と1916年に結婚した。バンネルはアメリカ合衆国シークレットサービスの元諜報部員を経て、1913年-14年の大リーグ世界ツアーの主催者のひとりとなり、1913年12月にツアーの一環として日本を訪れたことがあった。結婚後バンネルはサンフランシスコのGillespie & Company社に勤め、長井の持つ特許のいくつかを譲り受けた。1921年にバンネルが亡くなり、エルザは東京でアメリカのGordon-Van Tine（組立住宅の通販会社）などの輸入代理業を営んだ。
次男の維理（Willy Nagai）は一高から東京帝国大学化学科に進み、化学者となった。音楽好きで、東京大学管弦楽団の指揮者であり声楽もした。文部省科学官から化学科課長、文部省大学学術局学術課長、ユネスコ日本委員会調査課長などを務めた。
長井家は日本薬学会に旧長井邸の敷地や軽井沢の土地を寄贈するなど貢献。日本薬学会の事務所は、1972年竣工・1989年解体の日本薬学会長井記念館、1991年竣工の日本薬学会長井記念館新館に入っている。新館の建設に対し、長義の孫の長井貞義が寄付をしている。1階には胸像と由来書がある。長井記念館新館地下2階のレストランの名は「テレーゼ」である。
長井長義、長井亜歴山、長井貞義の父祖三代に渡り、ドイツ功労大十字勲章を受ける。