Родился 14 апреля 1975 г. в г. Благовещенске Амурской области.
В 1998 г. окончил Благовещенский государственный педагогический университет по специальности "филология" (с присвоением квалификации учителя китайского и английского языков, референта-переводчика китайского языка), в 2002 г. - Московский государственный институт международных отношений МИД России по специальности "государственное и муниципальное управление" со знанием иностранного языка (присвоена квалификация "менеджер"). Выпускник программы подготовки управленческих кадров РАНХиГС.
Кандидат экономических наук. В 2013 г. в Московском государственном университете экономики, статистики и информатики защитил диссертацию на тему "Экономико-математические методы и модели оценки эффективности реализации муниципальных целевых программ".
С 2002 по 2007 г. работал генеральным директором областного государственного унитарного предприятия "Амур-качество".
27 марта 2005 г. был избран депутатом городской думы Благовещенска IV созыва. Баллотировался по округу №9 в качестве самовыдвиженца, получил 26,73% голосов.
В 2007-2008 гг. - генеральный директор ОАО "Амурский кристалл" (производство алкогольных напитков).
В 2008-2010 гг. занимал пост заместителя мэра Благовещенска. В сферу его ответственности входило финансовое управление городом, формирование бюджета и др.
В 2012 г. был советником главы администрации Благовещенска.
Затем Василий Орлов перешел в администрацию Амурской области (губернатор региона - Олег Кожемяко). С августа 2012 г. по май 2013 г. занимал должность заместителя министра экономического развития области. 28 мая 2013 г. был назначен министром экономического развития региона. Работал в областном правительстве до сентября 2015 г.
В октябре 2015 г. перешел на работу в нефтехимический холдинг "Сибур", где занял должность представителя генерального директора компании в регионе. Представлял в Амурской области интересы холдинга, связанные с реализацией проекта в области газохимии и газопереработки. С июля 2017 г. по май 2018 г. - советник корпоративного университета ООО "Сибур".
Участник конкурса "Лидеры России" 2017-2018 гг.
С 2018 г. Василий Орлов руководит Амурской областью.
30 мая 2018 г. указом президента РФ он был назначен врио губернатора Амурской области. Сменил на этом посту Александра Козлова, возглавившего Министерство РФ по развитию Дальнего Востока.
9 сентября 2018 г. победил на прямых выборах главы Амурской области (баллотировался от партии "Единая Россия"), получив 55,60% голосов избирателей. Второе место заняла секретарь областного комитета КПРФ Татьяна Ракутина (26,56%). 27 сентября того же года Василий Орлов официально вступил в должность.
10 сентября 2023 г. вновь был избран губернатором Амурской области (был выдвинут "Единой Россией"), набрав 82,38% голосов. Его ближайший соперник, председатель регионального отделения "Опоры России", руководитель амурского отделения Общества российско-китайской дружбы Борис Белобородов (КПРФ), получил 7,9%. 19 сентября того же года Василий Орлов принял присягу.
Член Государственного совета РФ.
Член партии "Единая Россия" (с 2007 г.).