Littmann hat in Berlin, Greifswald und Halle orientalische Philologie studiert und ist später Professor in Straßburg, Göttingen, Bonn und von 1921 bis 1951 in Tübingen gewesen. Die Zusammenarbeit mit Theodor Nöldeke in Straßburg, die Teilnahme an mehreren amerikanischen Expeditionen in Syrien, Kleinasien und Abessinien und die Leitung der deutschen Aksum-Expedition, die ihm 1906 übertragen worden war, sind für Littmann besonders bestimmend gewesen. 

Er war ein hervorragender Kenner der gesamten Semitistik, einschließlich der Epigraphik, aber auch der Kulturgeschichte und der arabischen Volkskunde. Die Erforschung der abessinischen Sprachen, einem Gebiet, dem schon seine Dissertation "Das Verbum der Tigre-Sprache" gegolten hatte, hat er zu großer Meisterschaft entwickelt.

Weit über sein Fach hinaus hat sich Littmann verdient gemacht durch die ebenso getreue wie einfühlsame Übersetzung von "Tausend und eine Nacht" nach der Calcuttaer Ausgabe von 1839.