Родился 20 марта 1967 г. в пос. Пенья Тюменской области.
В 1992 г. окончил Омский сельскохозяйственный институт им. С. М. Кирова (ныне Омский государственный аграрный университет имени П. А. Столыпина) по специальности "экономика и организация сельскохозяйственного производства". Позднее получил дополнительное образование в Тюменской высшей школе Министерства внутренних дел РФ (ныне Тюменский институт повышения квалификации сотрудников МВД России) по специальности "правоведение" с присвоением квалификации "юрист".
В 1993-2005 гг. служил в органах Министерства внутренних дел РФ.
В 2005 г. занял должность первого заместителя главы г. Тобольска (Тюменская область).
В 2007 г. был назначен на должность заместителя главы администрации Тюмени по экономике, финансам и налогам.
Возглавлял управление Федеральной службы государственной регистрации, кадастра и картографии по Ленинградской области.
С 2012 по 2014 г. - заместитель председателя правительства Свердловской области. Курировал реализацию нацпроектов, вопросы развития социальной сферы, государственной поддержки некоммерческих организаций, организацию международной промышленной выставки "Иннопром" и др. Одновременно с сентября 2012 г. занимал должность заместителя главы Совета по улучшению инвестиционного климата в Свердловской области.
В 2014-2017 гг. - первый заместитель председателя правительства - министр инвестиций и развития Свердловской области.
В 2017-2020 гг. - первый заместитель губернатора Свердловской области (губернатор региона - Евгений Куйвашев).
21 декабря 2020 г. был назначен первым заместителем главы Екатеринбурга. С 23 декабря того же года временно исполнял обязанности главы города в связи с отставкой мэра Екатеринбурга Александра Высокинского.
3 февраля 2021 г. конкурсная комиссия внесла в гордуму Екатеринбурга список из трех претендентов для наделения полномочиями главы города, в число которых вошел и Алексей Орлов. Кандидатуру Орлова комиссия рекомендовала к избранию.
9 февраля 2021 г. депутаты гордумы Екатеринбурга большинством голосов избрали Алексея Орлова главой города (за - 31 человек, воздержались - 2). Переизбран 10 февраля 2026 г. (за - 33 из 34 депутатов).
Первый заместитель секретаря свердловского регионального отделения партии "Единая Россия", член президиума регионального политсовета партии.
Награжден медалью ордена "За заслуги перед Отечеством" II степени (2022).
Удостоен знака отличия "За заслуги перед Свердловской областью" I степени (2022).