Родилась будущая звезда советского кино 29 января 1902 года в подмосковном Звенигороде в дворянской семье. Дальним родственником по материнской линии был сам Лев Николаевич Толстой. Уже с детства было понятно, что девочка свяжет свою жизнь с музыкой. Однажды бывший у семьи в гостях Федор Шаляпин восхитился талантами ребенка. Родители видели в дочке пианистку и в семь лет отдали ее в музыкальную школу.

В 1919 году Орлова поступила в Московскую консерваторию по классу фортепиано, однако отучилась всего три курса. Тяжелое материальное положение не давало возможности полноценно учиться. Уже после поступления в консерваторию она была вынуждена подрабатывать тапером – играть на пианино во время кинопоказов немых фильмов, а также выступала перед киносеансами.

После ухода из консерватории она поступила на хореографическое отделение Московского театрального техникума имени Луначарского. В свободное время брала уроки танцев, вокала и актерского мастерства. В 1926 году Орлова прошла конкурс в труппу Музыкального театра им. В.И. Немировича-Данченко. Вскоре в театре выяснили, что она не только замечательно поет, но и хорошо танцует, и зачислили ее в кордебалет.

Первой серьезной работой молодой артистки стала роль Периколы в одноименной оперетте Жака Оффенбаха. Тогда же она стала выступать и на эстраде – исполняла произведения русских композиторов. В 1926 году актриса вышла замуж за Андрея Берзина, замначальника административно-финансового управления Народного комиссариата земледелия. В 1930 году его арестовали по делу Трудовой крестьянской партии и сослали на три года в Семипалатинск. Орлова довольно быстро развелась с ним. Учитывая ее дворянское происхождение, быть замужем за «врагом народа» не сулило ничего хорошего. Позднее она просила за первого мужа у Сталина.

В кино Орлова впервые попала в начале 1930-х. Это была небольшая роль американки Эллен Гетвуд в картине Бориса Юрцева «Любовь Алены». Фильм получил отрицательный отзыв кинокомиссии оргбюро ЦК. Его выпустили в прокат, но вскоре, по мнению киноведов, картина была уничтожена.

В своем втором фильме Орлова сыграла уже главную роль – Грушеньки, в совместной работе Григория Рошаля и Веры Строевой «Петербургская ночь».

А в 1933 году в Музыкальный театр на спектакль «Перикола» пришел Григорий Александров, который искал актрису на главную роль в свою первую музыкальную комедию. Режиссер был покорен Орловой и тут же предложил ей сыграть Анюту в фильме, который выйдет в прокат под названием «Веселые ребята». На съемках у Александрова и Орловой начался роман, а после окончания натурных съемок в Гаграх они поженились. Брак продлится до самой смерти актрисы.

Вот как вспоминала об Орловой начала 1930-х Фаина Раневская:

«Веселых ребят» Григорий Александров делал с опорой на опыт западных музыкальных кинокомедий после трехгодичной поездки по Европе и США. И из своей жены он также решил сделать кинодиву, каких в ССР не было. Как писал театровед и критик Виталий Вульф:

«Александров слепил её именно по образцу Марлен Дитрих. Скажем, в «Веселых ребятах» у неё был знаменитый цилиндр – и только в конце 1960-х годов стало ясно, что это тот самый цилиндр, в каком выступала Марлен Дитрих в «Голубом ангеле». В «Цирке» Орлова снимает свой чёрный парик и остается блондинкой — у неё половина головы чёрная, а половина платиновая – это тоже кадр из фильма Марлен».

«Веселых ребят» ждал оглушительный успех. Первая советская музыкальная кинокомедия станет любимым фильмом Сталина, а Орлова его любимой актрисой.

Александров не стал ничего менять в формуле успеха и следующие три довоенных фильма («Цирк», «Волга-Волга», «Светлый путь») снял по тому же рецепту: музыкальная комедия с Любовью Орловой в главной роли. Сценарии он писал под Орлову и ее таланты в хореографии и пении. Надо сказать, что актриса не жалела себя на съёмках и отдавала себя работе полностью.

После выхода на экраны «Цирка» в Советском Союзе началась настоящая «орловамания». В моду вошли осветленные волосы, белые водолазки и обтягивающие юбки. Женщины всеми правдами и не правдами пытались быть похожими на Любовь Орлову.

Во время Великой Отечественной войны Любовь Орлова снялась в двух агитационных киноальманахах, так называемых «Боевых киносборниках». Очень много выступала с концертами на фронте.
Последними большими работами в кино дуэта Александров-Орлова станут музыкальная комедия «Весна» (1947) и биографический фильм «Композитор Глинка» (1952).

После войны Любовь Орлова стала много выступать с эстрадными концертами. В кино ее почти не звали. С 1955 года актриса Театра имени Моссовета, где Орлову ценили не только за актерское мастерство, но и за необыкновенную доброту и скромность.

Умерла одна из главных звезд советского кино в 1975 году от рака поджелудочной железы. Похороны состоялись в её 73-й день рождения – 29 января.