Дебют Дмитрия в кино состоялся в возрасте десяти лет: он принял участие в съёмках курсового проекта студента ВГИКа, это была антивоенная короткометражка «Стена». Теперь же за плечами актёра работы более чем в десяти фильмах, многие из которых стали культовыми: «Сёстры», «Брат 2», «Первый после Бога», «Небо. Самолёт. Девушка».
В картине Сергея Бодрова-младшего «Сёстры» Дмитрий Орлов исполнил роль милиционера Палыча, мужественного, немногословного человека, который в страшное время повсеместного беспредела 1990-х годов отказался подчиняться бандитам и спас двух девочек, за что и поплатился своей жизнью. За данную работу Дмитрий был награждён премией фестиваля «Созвездие» (номинация «лучшая эпизодическая роль»). Творческой удачей, которая принесла актёру большую популярность и любовь зрителей, стал образ командира-подводника Маринина в картине «Первый после Бога» Василия Чигинского. В этой киноленте Дмитрий Орлов снимался вместе с такими актёрами, как Нина Русланова, Виктор Сухоруков, Елизавета Боярская.
Среди последних работ актёра – роли в фильмах «С Новым годом, папа!», «Слуга Государев», «Стая», «Моя мама», «Путевой обходчик», «Морской патруль», «Морской патруль 2», «Воротилы», «Я вернусь». Дмитрий Орлов выступил и в качестве режиссёра, сценариста и продюсера в киноленте «Московский Фейерверк», также стал режиссёром фильмов «Чартер», «Татьяна», «Золото Кольджата». Дмитрий Орлов женат на актрисе Ирине Пеговой, в 2006 году у семейной пары родилась дочь Татьяна.
