Любовь Петровна Орлова родилась 11 февраля 1902 года в городе Звенигород, расположенном недалеко от Москвы, в семье военного и потомственного дворянина Петра Федоровича Орлова и его супруги Евгении Николаевны Сухотиной, также походящую из старинного дворянского рода. Кроме Любови в семье была еще одна дочь – Нонна.

Актерский талант Орловой проявился с самых юных лет, она часто принимала участие в домашних постановках и все взрослые зрители отмечали ее игру.

В 1908 году во время одной из таких постановок ее увидел Федор Шаляпин, который был другом семьи Орловых, он отметил актерский талант юной Любови и предрек ей славу великой артистки. Однако родители хотели, чтобы их дочь стала профессиональной пианисткой.

Так, в 1909 году Любовь начала учиться в музыкальной школе, а в 1919 в Московской консерватории по классу фортепиано.

В 1922 году из-за финансовых проблем Орлова оставила консерваторию, и начала учится в Московском театральном техникуме имени А. В. Луначарского на хореографическом отделении. Параллельно Любовь начала брать уроки актерского мастерства. Обучение продолжалось три года. Все это время Орлова подрабатывала преподавателем музыки, а также делала музыкальное сопровождение для немых кинофильмов.

В 1926 году Любовь стала хористкой и актрисой Музыкального театра, в котором выступала до 1933 года.

В 1934 году состоялся дебют Орловой на киноэкранах, она исполнила роль Грушеньки в фильме «Петербургская ночь», снятом по мотивам произведений Ф. М. Достоевского «Неточка Незванова» и «Белые ночи». В том же году она исполнила роль Эллен Гетвуд в немом фильме Бориса Юрцева «Любовь Алены».

Также в 1934 году Орлова появилась вместе с Леонидом Утесовым в музыкальной комедии Григория Александрова «Веселые ребята», где ее игру отметил Иосиф Сталин.

В 1936 году Любовь исполнила главную роль в еще одной музыкальной комедии Григория Александрова под названием «Цирк», которая была великолепно встречена публикой и сделала Орлову настоящей звездой советского кинематографа.

В 1938 году Григорий Александров выпустил очередную свою комедию – «Волга-Волга», в которой главную роль вновь исполнила Любовь Орлова. Картина стала одной из самых известных в ее фильмографии, и до сих пор пользуется всенародной любовью.

В 1939 году Орлова появилась в детективе «Ошибка инженера Кочина», а в 1940 году ей досталась роль неграмотной, но трудолюбивой деревенской девушки, ставшей депутатом Верховного Совета, в фильме «Светлый путь».

В 1941 году Любовь появилась в роли Паолы Менотти в драме Григория Рошаля «Дело Артамоновых».

В 1947 году актриса появилась в комедии Григория Александрова «Весна», которая получила международную премию за оригинальный сюжет и за режиссуру на Венецианском кинофестивале. В картине также снялись Николай Черкасов, Фаина Раневская и Рина Зеленая.

В 1949 году Любовь Орлова исполнила роль журналистки Джанет Шервуд в военной драме «Встреча на Эльбе».

В 1950 году она вновь снялась у режиссера Григория Рошаля, сыграв роль Татьяны Платоновой в его картине «Мусоргский», а в 1952 году Орлова исполнила одну из главных ролей в биографической картине «Композитор Глинка» режиссера Григория Александрова.

В течение всех 50-х годов Орлова активно выступала на театральной сцене, до 1955 года как актриса Театра-студии киноактера, а с 1955 года как актриса Академического театра имени Моссовета. Все это время актриса практически не появлялась на киноэкранах.

Лишь в 1960 году вышла очередная картина с участием Орловой – комедия все того же режиссера Александрова «Русский сувенир».

Следующей, и как оказалось последней, картиной Любови Орловой стала мелодрама «Скворец и лира», где она сыграла роль советской разведчицы. Здесь в полной мере раскрылся драматический талант актрисы, поскольку она впервые не пела и не танцевала на экране.

26 января 1975 года в возрасте 72 лет актриса Любовь Орлова умерла от рака поджелудочной железы. Похоронена Орлова в Москве на Новодевичьем кладбище.