Родился в Москве.
Поступил на биофак в 1937 году и окончил кафедру геоботаники. После окончания 4-го курса, (по воспоминаниям И.М.Культиасова) в сентябре 1941 года он был зачислен на третий курс военно-ветеринарной академии (особое отделение ускоренного обучения).
На фронте с 1943 по 1945 год в звании капитана ветслужбы. Воевал на 2-ом и 3-ем Украинских фронтах. В 1944 служил ст. ветврачом 1318 полка 163 стрелковой дивизии. Участвовал в освобождении Украины и в боях на территории Румынии, Венгрии, Чехословакии и Австрии. Награжден орденом Красной Звезды. А.Я. Орлов демобилизовался в апреле 1946 года.
В 1950 году защитил кандидатскую диссертацию. С 1953 года работал в Институте леса АН СССР.
Основное направление научной деятельности — стационарное изучение экологии древесных растений, отношение их к факторам почвенной среды. С 1958 года работал в Лаборатории лесоведения АН СССР. В 1970 году защитил докторскую диссертацию. Результаты исследований А.Я. Орлова опубликованы в четырех монографиях и более 70 оригинальных научных статьях.
