Родился 31 августа 1936 г. в Москве в семье журналиста.
В 1959 г. окончил факультет журналистики МГУ им. Ломоносова
Будучи студентом, участвовал в освоении целины, проходил практику в газете "Красноярский рабочий". После окончания университета работал корреспондентом "Комсомольской правды" на стройках железнодорожной магистрали Абакан – Ташкент и Саяно-Шушенской ГЭС. Его первыми опубликованными произведениями стали цикл очерков ""Дорога длиною в семь сантиметров" (1960) и роман "Соленый арбуз" (1965).
После выхода в свет в 1969 г. романа "После дождичка в четверг" перешел на профессиональную писательскую работу. В 1980 г. опубликовал роман "Альтист Данилов", принесший Владимиру Орлову широкую известность. Этот роман стал первой частью трилогии "Останкинские истории", в которую также вошли "Аптекарь" (1988) и "Шеврикука, или Любовь к привидению" (1990). По "Альтисту Данилову" поставлена одноименная опера, готовится к производству художественный фильм.
Владимир Орлов - автор романов "Происшествие в Никольском" (1972), "Бубновый валет" (2000), "Камергерский переулок"(2008), "Лягушки" (2011), "Земля имеет форму чемодана" (2013), а также ряда рассказов и повестей, пьес, киносценария.
Преподавал на кафедре литературного мастерства в Литературном институте им. Горького.
Был членом Союза писателей СССР, затем России (с 1965 г.).
Награжден орденом "Знак Почета".
Лауреат премии г. Москвы в области литературы и искусства, а также премии имени Валентина Катаева.
Был женат. Жена — Лидия Витальевна, писатель, журналист, сын - Леонид, телепродюсер.