Народився 23 березня 1931 року в м. Ростов-на-Дону. З 1964 року розпочав науково-педагогічну діяльність старшим викладачем Івано-Франківського філіалу Львівського політехнічного інституту.
У 1965 році О.О. Орлов захистив дисертацію і отримав вчений ступінь кандидата геолого-мінералогічних наук, у 1967 році - звання доцента. Захистив дисертацію на здобуття вченого ступеня доктора геолого-мінералогічних наук (1983).
Академік Української нафтогазової академії, доктор геолого-мінералогічних наук, професор.
О.О. Орлов очолює наукову школу «Геодинамічна концепція природи аномально високих пластових тисків і методи їх прогнозування в осадовій оболонці земної кори», якою розроблено методи визначення величин пластових тисків за кількісними характеристиками локальних структур; тріщиноутворення, тектонічних напруг в осадовій оболонці земної кори.
Професор підготував 25 кандидатів наук, багато його учнів стали докторами наук, а також займають керівні посади в нафтогазовій галузі України і за її межами.
Автор близько 350 навчально-методичних праць, у тому числі 9 монографій, окремі з яких опубліковано у Франції, США, Австралії, Польщі та інших країнах світу. Ім'я О.О. Орлова включено до міжнародного бібліографічного словника вчених світу, що виданий у Англії.
Заслужений працівник народної освіти України (1991). Нагороджений медаллю «За заслуги в разведке недр» Міністерства геології СРСР, нагрудним знаком «Высшая школа СССР».