הוא נולד בכפר במחוז טבר במשפחת אציל שבהמשך מונה למושל נובגורוד. החל את שרותו הצבאי ונפצע בקרבות מלחמת שבע השנים. בהפיכת החצר של 1762 היה תפקידו אף חשוב משל אחיו גריגורי. הוא היה זה שהעביר את פיוטר השלישי אל אחוזת רופשה (Ропша) ושם, בהתאם לגרסה המקובלת, רצח אותו. לכך אין שום עדות והמכתב שלו עם תיאור האירוע נחשב כיום כזיוף. כמו יתר האחים קיבל תואר רוזן עם עליית יקטרינה הגדולה לשלטון.
ב-1770 מונה למפקד הצי שנשלח להילחם בטורקים. הוא הצית את מרד המניאטים, היוונים יושבי חצי האי מאני, נגד הטורקים, התקוממות שזכתה לשם מרד אורלוב, וניצח את הצי הטורקי העדיף בקרב צ'סמה. על הישגיו אלה קיבל בשנת 1774 את התוספת לשם המשפחה "צ'סמנסקי" ואת הזכות להוסיף את הסמלים הקיסריים לשלט האצולה שלו.
בשנת 1772 השתתף במשא ומתן עם הטורקים. כמו אחיו עזב את השיחות ללא רשות והסכמת הקיסרית.
אורלוב נישא בשנת 1782, ובשנת 1785 נולדה לו בת. בשנת 1786 נפטרה אשתו במהלך לידת בן (אשר גם הוא נפטר כעבור שנה). בנוסף לילדים אלו היה לאלכסיי אורלוב גם בן שנולד מחוץ לנישואין - אלכסנדר צ'סמנסקי (לימים גנרל בצבא הרוסי).
עם פטירת יקטרינה הגדולה, החליט פאבל הראשון, קיסר רוסיה לארגן מחדש את טקס אשכבת אביו - פיוטר השלישי. בהתאם לפקודת הקיסר, חויב אלכסיי אורלוב להשתתף בטקס ואף נשא את הכתר הקיסרי בראש פמליית הטקס. בהתאם לעדויות, כמעט התמוטט אורלוב במהלך הטקס ועזב את רוסיה מיד לאחר מכן ביחד עם בתו.
אורלוב הקדיש את זמנו לגידול סוסים, וייצר את המשובח בגזעי סוסי המרוץ הידועים אז הנקרא על שמו (Orlov trotter). בשנים 1806–1807, במהלך המלחמה בנפוליון, פיקד אורלוב על המיליציה של המחוז החמישי, שכמעט כל ציודה המלחמתי נרכש מכיסו. הוא הותיר אחריו אחוזה שערכה חמישה מיליוני רובלים ובה 30,000 איכרים-צמיתים.
