Родилась 23 октября 1954 г. в г. Облучье Еврейской автономной области Хабаровского края РСФСР.
В 1977 г. окончила Уссурийский государственный педагогический институт (ныне - Школа педагогики Дальневосточного федерального университета) по специальности "русский язык и литература", в 1991 г. - Хабаровскую высшую партийную школу по специальности "партийное и советское строительство", в 1997 г. - Институт переподготовки и повышения квалификации кадров по финансово-банковским специальностям Финансовой академии при правительстве РФ (ныне - Финансовый университет при правительстве РФ) по направлению "налоги и налогообложение".
Кандидат экономических наук. В 2005 г. в Российской экономической академии (ныне имеет статус университета) им. Г. В. Плеханова защитила диссертацию на тему "Налоги в механизме государственного регулирования инвестиций в России".
В 1971-1976 гг. работала в школе-интернате №2 Владивостока.
С 17 февраля 1978 г. по 23 мая 1983 г. - инструктор отдела пропаганды и агитации Советского районного комитета КПСС Владивостока.
С 23 мая 1983 г. по 16 августа 1985 г. - заведующая отделом пропаганды и агитации Фрунзенского районного комитета КПСС Владивостока.
С 16 августа 1985 г. по 10 ноября 1991 г. - инструктор отдела пропаганды и агитации, инструктор идеологического отдела, заведующая сектором массово-политической работы идеологического отдела, заведующая сектором по политической работе с различными категориями населения отдела гуманитарных и идеологических проблем Приморского краевого комитета КПСС.
В 1991-1993 гг. - вице-президент, с 1993 г. - генеральный директор приморской краевой благотворительной организации "Анна". Организации принадлежали учебный центр по переквалификации и туристический центр во Владивостоке.
В 1993-1995 гг. – депутат Государственной думы РФ I созыва. Была избрана 12 декабря 1993 г. по общефедеральному списку политического движения "Женщины России". Входила в одноименную фракцию. Являлась членом комитета Думы по бюджету, налогам, банкам и финансам.
В 1995-1999 гг. – депутат Госдумы РФ II созыва. Была избрана 17 декабря 1995 г. по Арсеньевскому одномандатному округу №49 (Приморский край) от движения "Женщины России". Набрала 25,07% голосов избирателей, ее ближайший соперник, кандидат от КПРФ Владимир Гришуков, получил 17,32%. В Думе была членом комитета по бюджету, налогам, банкам и финансам, в 1996-1997 гг. являлась заместителем председателя депутатской группы "Российские регионы".
С 1996 г. входила в руководство Социалистической партии России Ивана Рыбкина.
В 1999 г. баллотировалась на пост губернатора Приморского края (была выдвинута группой избирателей). Однако 17 декабря 1999 г. решением Приморского краевого суда была снята с регистрации из-за нарушений при подаче предвыборной декларации.
19 декабря 1999 г. также участвовала в выборах в Госдуму РФ III созыва по списку избирательного блока "Отечество - Вся Россия" (лидеры - Евгений Примаков, Юрий Лужков, Владимир Яковлев). По итогам распределения мандатов в Думу не прошла.
В 2000-2001 гг. занимала должность вице-президента московского Научно-производственного объединения "Кросна" (производство и сервисное обслуживание систем спутниковой связи).
В мае 2000 г. вошла в политсовет партии "Единство" (ныне - "Единая Россия").
С ноября 2001 г. по март 2013 г. - член Совета Федерации Федерального собрания РФ, представитель законодательного органа власти Кемеровской области. В 2002-2004 гг. - первый заместитель председателя комитета Совета Федерации по бюджету. В 2004-2013 гг. - заместитель председателя верхней палаты парламента.
24 марта 2013 г. указом президента РФ была назначена врио губернатора Владимирской области (сменила на этом посту Николая Виноградова).
8 сентября 2013 г. избрана губернатором Владимирской области. За нее проголосовали 74,73% избирателей. Ближайший соперник Светланы Орловой, кандидат от КПРФ Анатолий Бобров, получил 10,64%. 23 сентября 2013 г. официально вступила в должность.
9 сентября 2018 г. участвовала в выборах губернатора Владимирской области от партии "Единая Россия". Поскольку никто из четырех кандидатов не получил необходимого количества голосов (более 50%), в регионе был назначен второй тур выборов. Вместе со Светланой Орловой (36,42% в первом туре) в нем участвовал председатель постоянного комитета по аграрной политике, природопользованию и экологии областного заксобрания Владимир Сипягин от ЛДПР (31,19%). По итогам повторного голосования 23 сентября победу одержал Владимир Сипягин, за него проголосовали 57,03% избирателей. Светлана Орлова получила 37,46% голосов.
23 ноября 2018 г. Совет Федерации назначил Светлану Орлову аудитором Счетной палаты РФ. 11 декабря 2024 г. состоялось назначение на второй шестилетний срок.
Награждена орденами Почета (2007), "За заслуги перед Отечеством" III и IV степеней (2023, 2014), медалью ордена "За заслуги перед Отечеством" II степени (2003), медалью П. А. Столыпина II степени (2010). Отмечена благодарностью и Почетной грамотой президента РФ (2004, 2009), Почетной грамотой (2005) и благодарностью (2024) правительства РФ.