В 1973 г. поступил в Ленинградский Политехнический институт им. Калинина и в 1979 г. закончил физико-механический факультет этого института, кафедру "Биофизика", получив специальность "инженер-исследователь".
С 1980 г. младший научный сотрудник, с 1994 г. - старший научный сотрудник, а с 2003 г. и до настоящего времени ведущий научный сотрудник Отделения молекулярной и радиационной биофизики Петербургского института ядерной физики РАН.
С 2003 г. - профессор (по совместительству) на Кафедре экспериментальной физики Санкт-Петербургского государственного политехнического университета.

Кандидат физико-математических наук с 1988 г., доктор физико-математических наук по специальности биофизика с 2002 г.

Область научных интересов – структура и функции биологических мембран, механизмы транспорта веществ в биологических мембранах, сопряжение транспортных потоков, идентификация белков-переносчиков.

Основным направлением исследований Ю.Н. Орлова является изучение структурно-функциональной организации систем анионного транспорта в биологических мембранах.
Автор более 40 научных работ и трех обзоров. Многократно выступал на международных научных конференциях. В качестве приглашенного профессора работал в Германии и во Франции. Награжден почетной грамотой Президиума РАН. Работы группы Орлова Ю.Н. поддерживаются грантами РФФИ.

На Кафедре экспериментальной физики Петербургского политехнического университета читает курс "Биофизика".

Наиболее значимые работы:

1. Ю.Н. Орлов, Е.Н. Ребане, Л.Г. Вячеславов, Э.Н. Казбеков (2002). Функционально-структурная организация системы транспорта органических анионов в почечных канальцах. Бреслеровские чтения (Молекулярная генетика, биофизика и медицина сегодня). Сборник ПИЯФ РАН, стр. 218-232.
2. Orlov Yu.N., Rebane Yu.T., Rebane E.N. (2000). Minimal mathematical model of enegy coupling between cotransport and anion-exchange transfer mechanisms in Biological membranes. Cell Biophysics, V. 45, N5, 831-837.
3. Orlov Yu.N. Mechanisms of secretion of toxic organic anions in mammalian kidneys. Membr. Cell Biol., v.11 (1997), pp. 417-429
4. Orlov Yu.N., Kazbekov E.N. Structural investigation of the organic anion transport system of the rat kidney brush border membrane by the affinity probe method. Membr. and Cell Biol., v.10 (1996), pp.421-428
5. Orlov Yu.N., Zherebtsova M.A., Kazbekov E.N. Affinity identification of organic anion transporters in brush-border membrane vesicles from rat kidney. Biochim. Biophys. Acta v.1192 (1994), pp. 117-124