Родился 15 августа 1913 года в городе Серпухове (Московская область). Окончил неполную среднюю школу и рабфак в Серпухове. С 1929 года работал электромонтёром на Новоткацкой фабрике имени М. Горького в Серпухове, окончил Серпуховский аэроклуб. В 1935 году окончил Тамбовскую школу пилотов Гражданского Воздушного Флота СССР, работал пилотом Гражданской авиации. С 5 июня 1936 года в рядах Красной Армии. В 1938 году направлен на учёбу, а в 1940 году окончил Качинскую военную авиационную школу лётчиков. Служил в ВВС Белорусского военного округа (в Гродно).

С июня 1941 года младший лейтенант А. И. Орлов на фронтах Великой Отечественной войны в составе 122-го ИАП (Западный фронт), летал на И-16 и МиГ-3. В сентябре 1941 года зачислен в 572-й ИАП ПВО, в составе которого воевал при защите Воронежа, Грозненско-Орджоникидзевского промышленного района, в Сталинградской битве; летал на ЛаГГ-3 и "Киттихауке". В ноябре 1942 года переведён командиром звена в 5-й Гвардейский ИАП, в составе которого воевал до Победы на Юго-Западном, 3-м и 1-м Украинских фронтах; летал на Ла-5 и Ла-7.

17 августа 1943 году в районе села Долгенькая (недалеко от города Изюм) был подбит, получил тяжёлое ранение в ногу, ожоги рук и лица. Покинул горящий самолёт на парашюте. После лечения в госпитале направлен на учёбу и в начале 1944 года окончил Высшие лётно-тактические курсы усовершенствования офицерского состава. В мае 1944 года вернулся на фронт, вновь зачислен в свой полк и вскоре назначен командиром эскадрильи.

К маю 1945 года командир эскадрильи 5-го Гвардейского истребительного авиационного полка (11-я Гвардейская истребительная авиационная дивизия, 2-й Гвардейский штурмовой авиационный корпус, 2-я Воздушная армия, 1-й Украинский фронт) Гвардии старший лейтенант А. И. Орлов выполнил 629 боевых вылетов, провёл 56 воздушных боёв, в которых сбил лично 13 самолётов противника (в наградном листе говорится о 14 личных и 8 групповых победах). Указом Президиума Верховного Совета СССР от 27 июня 1945 удостоен звания Героя Советского Союза с вручением ордена Ленина и медали "Золотая Звезда".

После окончания войны продолжал службу в ВВС. С апреля 1946 года Гвардии капитан А. И. Орлов - в запасе. Жил в Серпухове. Работал пилотом Гражданской авиации, с 1947 года - командиром отряда Серпуховского аэроклуба, затем заместителем директора кожевенного завода "Труд", начальником Гражданской обороны Серпуховского завода химволокна, в городском комитете КПСС. Умер 26 октября 1989 года. Похоронен на кладбище деревни Глазово Серпуховского района Московской области. Имя Героя присвоено Серпуховскому авиационному спортивному клубу ДОСААФ (ныне РОСТО), одной из улиц Серпухова. На доме, в котором жил А. И. Орлов, установлена мемориальная доска.

Награждён орденами: Ленина (27.06.1945), Красного Знамени (30.07.1943, 24.04.1945), Отечественной войны 1-й степени (11.03.1985), Красной Звезды (21.01.1943, 20.09.1947); медалями.

Список известных воздушных побед А. И. Орлова:

Д а т а	Противник	Место падения самолёта или проведения воздушного боя	Свой самолёт
25.09.1942	1  Ме-109	Верхняя Ахтуба	ЛаГГ-3
15.01.1943	1  Ме-109	совхоз Старобельский	Ла-5
16.01.1943	1  Ме-109	Стрельцовка - Калмыковка
01.02.1943	1  Ме-109	северо-восточнее Ворошиловск
02.02.1943	1  Ю-88	севернее Петровское
15.03.1943	1  Ме-109	севернее Чугуев
08.06.1943	1  Ме-109	юго-западнее Кочеток
06.07.1943	1  Ме-109	северо-восточнее Безлюдовка
08.08.1943	1  Ме-109	западнее Охочее
17.08.1943	1  Ю-88	северо-восточнее Долгенькая
15.02.1945	1  ФВ-190	Наумбург - Заган	Ла-5, Ла-7.
18.04.1945	1  ФВ-190	Катлов
20.04.1945	1  ФВ-190	Мауст
Всего сбитых самолётов - 13 + 0;  боевых вылетов - 629;  воздушных боёв - 56.

По Представлению к званию ГСС имел боевой счёт 14 + 8, но это не подтверждается оперативными и отчётными документами.

Из фотоматериалов разных лет: