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일찍이 전체가 금속으로 된 비행기 구조와 전익 비행기 설계를 주장했다. 그는 1913년 고등학교를 졸업하고, 1916년 캘리포니아 샌타바버라에서 수상비행기와 스포츠용 복엽비행기를 제작하던 록히드 형제의 회사에서 제도와 설계를 담당했다.

1923~27년 샌타모니카에 있는 더글라스항공기회사에서 연료 탱크를 설계했고, 1927년 앨런 록히드와 합류하여 할리우드에 있는 록히드항공기회사의 기술책임자로 일했다. 그는 록히드에 있는 동안 '록히드 베가'를 설계·제작했는데, 이것은 높은 속력으로 기록적인 항속시간을 세운 고익이고 전체가 외팔보(contilever：2개의 베어링 사이에 고정시키지 않고 베어링 바깥쪽에 고정시킴)인 단엽기이다.

1928년 그는 버뱅크 근처에서 애비온사를 설립하여 전체가 금속으로 되고 응력-외피구조로 된 전익 비행기를 최초로 개발했다. 1929년 애비온사는 유나이티드 항공기-수송회사에 매각되면서 노스롭항공기회사로 이름을 바꿨다. 그 해에 그는 '알파'라는 기종을 제작했다. 알파는 상업용 항공기에 다세포구조를 도입했으며, 현대식이고 저익이며 전체가 알루미늄으로 된 최초의 단엽기 가운데 하나였다.

1932년 그는 그의 다세포구조를 도입하여 제작한 DC-3 여객기로 유명한 더글러스사와 기술제휴를 맺고 노스롭사를 설립했다. 이 회사는 그의 기술지도 아래 '노스롭 감마'와 '델타' 상업용 비행기, 육군 A-17과 A-17A 공격기, 해군 BT1 급강하 폭격기(더글러스 돈틀리스의 원형)와 다른 나라의 군용기를 제작했다. 노스롭사는 더글러스항공기회사의 엘세군도 지사가 되었다. 그는 1939년 캘리포니아 호손에 노스롭항공기회사를 설립하여 1952년 은퇴할 때까지 사장으로 있었다.

노스롭항공기회사는 1959년 노스롭사가 되었다. 군용기들 가운데 제2차 세계대전 기간과 그후에 노스롭사가 설계한 것으로는 N3-PB 수상비행기, P-61 블랙위도 야간전투기, F89 스콜피언 제트 전투기, 꼬리부분이 없는 XB-35 장거리 폭격기, XB-35를 제트기 기종으로 개조한 YB-49 등이 있다. 1943~46년 미육군의 요구로 개량된 보철용 팔과 손을 개발했으며 1942년에는 캘리포니아 잉글우드에 노스롭공과대학을 설립했다.

일생 동안 그의 주된 관심사는 기체와 꼬리가 없고 짧거나 넓은 것을 특징으로 하는 비행날개(flying wing)에 관한 것이었다. 1920년대부터 여러 가지 모형으로 실험을 했고 제2차 세계대전 기간에는 52m 넓이, 16m 길이로 된 전폭기를 설계했다. 1946년에 꼬리부분이 없는 XB-35 장거리 폭격기가 첫 비행을 했고 1947년에는 제트기 기종인 YB-49가 비행을 했다. 이듬해 미공군은 수직안정판의 결함으로 인한 비행기의 불안정을 들어 이 비행날개 기술을 배제했다. 그러나 40년 후 노스롭사는 B-2 스텔스 전폭기를 제조할 때 새로운 통제장치와 레이더 추적 방해 장치를 제작하는 데에 이 기술을 이용했다.