Родился в Москве 31 августа 1936 в семье журналиста. В 1954–1959 учился на факультете журналистики МГУ. Студентом участвовал в освоении целины, журналистскую практику проходил в газете «Красноярский рабочий». С 1959 работал корреспондентом «Комсомольской правды» на стройках железнодорожной магистрали Абакан — Ташкент и Саяно-Шушенской ГЭС.
Автор цикла очерков «Дорога длиною в семь сантиметров» (1960) и романа «Соленый арбуз» (1965), основанном на материале сибирской «стройки века» и написанном под явным влиянием исповедальной прозы В.Аксенова с ее ироничным героем, «ремарковской» лирической коллизией и скрытым нонконформизмом.
После публикации в 1969 романа «После дождичка в четверг» перешел на профессиональную писательскую работу. В 1975 публикует роман «Происшествие в Никольском», в 1980 — «фантастико-реалистический» роман «Альтист Данилов», принесший автору мгновенную известность и положивший начало серии произведений Орлова в русле «фантастического реализма», связанного в отечественной словесности с именами Н.В.Гоголя и Ф.К.Сологуба, — «Аптекарь» (1988), «Шеврикука, или Любовь к привидению» (1990).
Среди последних работ - романы «Бубновый валет» (2000), «Камергерский переулок» (2008) и «Земля имеет форму чемодана» (2013).
