Александр Яковлевич Орлов родился в семье священнослужителя (25 марта) 6 апреля 1880 года.

В 1998 году успешно окончил Воронежскую классическую гимназию, а в 1902 году физико-математический факультет Петербургского университета. Через два года стажировки в Сорбонне, поступил в Астрономическую обсерваторию Юрьевского Университета. А затем ещё несколько лет набирался опыта в Германии, Швеции и США, где изучал снимки комет.

В 1909 году Орлову предложили должность директора Юрьевской обсерватории, а ещё через четыре года он стал профессором Новороссийского университета и директором Одесской обсерватории.

Александр Яковлевич интересовался вопросами небесной механики; стал автором многих исследовательских работ по сейсметрии, астрономии и магнитометрии. В 1915 году увидел свет его капитальный труд «Результаты Юрьевских, Томских и Потсдамских наблюдений над лунно-солнечными деформациями Земли».

За годы работы в Государственном астрономическом институте им. П. К. Штернберга и в Геодезическом институте (1934-1938) А. Я. Орлов разработал новые способы гравиметрии, лично руководил гравиметрической съёмкой Украины. Заслуживают внимания его работы в области изучения колебаний широты и движения полюсов Земли.

Александр Яковлевич Орлов внёс неоценимый вклад в развитие перспективных научных направлений на Украине.

Учёный скончался 28 января 1954 года.