Miután a Gyűrűk ura-filmekben (2001–2003) Legolas szerepében ismertté vált, további fantasy és történelmi témájú művekben szerepelt. Legolasként feltűnt A hobbit-trilógia két részében is, valamint William Turnert alakította A Karib-tenger kalózai filmsorozatban (2003–2017). A 2004-es Trója című filmben Parisz herceget formálta meg.
A 2000-es évek második felétől főszerepeket is kapott, például Ridley ScottMennyei királyság (2005) című rendezésében vagy a szintén 2005-ös Elizabethtown című tragikomédiában. 2007-ben debütált hivatásos színpadi színészként, 2013-ban a Rómeó és Júlia Broadway-változatában alakította a férfi címszereplőt.
1977. január 13-án született a leginkább egyházi vezető szerepéről ismert dél-kelet-angliai kisvárosban, Canterbury-ben. Édesanyja Sonia Constance Josephine Copeland aki Angliában született. Nevelőapját, Harry Saul Bloomot, a dél-afrikai születésű zsidó regényírót és az apartheid harc egyik jelentős képviselőjét négyéves korában veszítette el. Őt és nála két évvel idősebb testvérét, Samantha Bloomot (aki szintén színész) édesanyjuk, Sonja Bloom és egy családi barátjuk, Colin Stone nevelte. Édesanyja tizenhárom évesen mondta meg neki, hogy vér szerinti apja Colin.
Orlando fiatalkora óta színész akart lenni, a gyerekkori diszlexiája sem tántorította el az álmától. 1993-ban, tizenhat évesen Londonba költözött, hogy csatlakozzon a National Youth Theatre-höz, ahol két évet töltött el. Ösztöndíjat nyert a Brit–Amerikai Dráma Akadémiára, majd kisebb szerepeket kapott az angol Casualty és a London’s Burning című tévéshowban.
Színészi pályafutása
Első filmszerepe az Oscar Wilde szerelmei (1997) című filmben volt. Ennek köszönhetően figyeltek fel rá, és kapta meg A Gyűrűk Ura (2001–2003) tündéjének, Legolasnak a szerepét. Peter Jackson trilógiája meghozta neki a várva várt sikert.
Kisebb szerepet kapott A Sólyom végveszélyben (2001) című háborús filmben és feltűnt a Calcium kölyök (2003) című vígjátékban egy tejesfiút alakítva, aki végül bokszolóvá válik. A Trója (2004) című filmben Brad Pitt és Eric Bana oldalán szerepelt Parisz herceget megformálva, A Karib-tenger kalózai (2004–2007) filmekben Johnny Depp és Keira Knightley mellett formálta meg Will Turnert, a bátor kovácslegényből lett kalózkapitányt. A Menedék (2004) című filmben társproducerként is közreműködött. 2005-ben játszott az Elizabethtown (2005) című romantikus filmben (Kirsten Dunst partnereként) és a Mennyei királyság című, a keresztes háborúk idejében játszódó történelmi filmben. 2007 szeptemberében fejeződött be az In Celebration című színházi darab bemutatója Londonban, amelyben Orlando is részt vett, Steven szerepében.
Párkapcsolatban élt Miranda Kerr modellel, egy szakítás után kibékültek, majd 2010 júliusában összeházasodtak, de 2013-ban elváltak. Született egy gyermekük, Flynn. 2016 óta Katy Perry énekesnő partnere és vőlegénye.
1998-ban súlyos balesete történt: kiesett az egyik barátja teraszáról, s három emeletnyit zuhant. Orvosai jóslata ellenére néhány hét után saját lábán hagyta el a kórházat.