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.
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.