Né à Canterbury, dans le Kent, en Angleterre, Orlando est le fils de Sonia Constance Josephine (née Copeland), originaire de Calcutta, fille de Betty Constance Josephine (née Walker) et de Francis John Copeland (chirurgien). Il a une sœur aînée, Samantha Bloom (née en 1975), et est le cousin du photographe Sebastian Copeland[4]. Sa famille maternelle a vécu en Australie, au Japon, en Inde et en Tasmanie. Enfant, Orlando croyait que son père biologique était Harry Saul Bloom, un journaliste/romancier juif originaire d'Afrique du Sud et époux de sa mère ; or, à 13 ans (neuf ans après le décès d'Harry Bloom), il a découvert que son père biologique était Colin Stone, l'ex-petit ami de sa mère et un ami de la famille[5]. À la suite du décès d'Harry Bloom en 1981, Colin Stone est devenu le tuteur légal d'Orlando. Orlando a été ainsi prénommé en hommage à Orlando Gibbons[6],[7].
Il a étudié à l'école St. Peter's Methodist Primary School, ainsi qu'à la The King's School et la St Edmund's School ; Orlando est dyslexique[8]. Sa mère l'a poussé à suivre des cours d'art dramatique. En 1993, à l'âge de 16 ans, il s'est installé à Londres pendant deux ans, afin de suivre des cours de photographie, de comédie et de sculpture au Fine Arts College. Par la suite, il a intégré le National Youth Theatre où il a obtenu une bourse pour la British American Drama Academy. Orlando a lancé sa carrière en jouant des petits rôles à la télévision ; par exemple, Casualty et Inspecteur Barnaby. Il a ensuite tourné dans son premier film en 1997, Oscar Wilde. Après le film, il a intégré l'école, Guildhall School of Music and Drama.
De retour de la Nouvelle-Zélande, il est choisi pour rejoindre une autre très populaire franchise hollywoodienne : il incarne en effet Will Turner dans les trois premiers opus de la saga Pirates des Caraïbes, menée par Johnny Depp, sortis entre 2003 et 2007. Il y a pour partenaire féminine la jeune Keira Knightley, qui accède simultanément à un succès international.
Parallèlement, il donne la réplique à Brad Pitt, pour le péplum Troie, sorti en 2004.
Mais l'année suivante marque un net ralentissement dans son ascension : en 2005, la fresque historique Kingdom of Heaven, pour laquelle le réalisateur Ridley Scott lui fait confiance cette fois pour le premier rôle, déçoit au box-office, bien que le film obtient par la suite une meilleure reconnaissance lors de la sortie en version longue en DVD. Quant à sa collaboration avec le cinéaste Cameron Crowe, la comédie dramatique Rencontres à Elizabethtown, pour laquelle il incarne un jeune homme de retour dans sa ville natale, est très mal reçue par la critique.
Difficile confirmation et retour aux seconds rôles (2009- )
Après la sortie du troisième Pirates des Caraïbes, en 2007, il faut donc attendre presque deux ans pour le revoir sur grand écran. Il se contente en effet d'apparaître dans l'un des tableaux du film à sketches, New York, I Love You, sorti en 2009. On retrouve notamment une distribution impressionnante avec Natalie Portman, Hayden Christensen et Bradley Cooper.
L'année d'après, il revient discrètement avec un petit rôle dans le drame Sympathy for Delicious, première et unique réalisation de l'acteur Mark Ruffalo, puis apparaît aux côtés du britannique Colin Firth dans la comédie dramatique Main Street.
C'est seulement en 2011 qu'il tente à nouveau de s'imposer en tant que tête d'affiche : d'abord en jouant le rôle-titre du thriller indépendant The Good Doctor, qui convainc plutôt la critique, mais échoue commercialement ; puis en menant la grosse production d'époque Les Trois Mousquetaires, de Paul W.S. Anderson, où il joue le Duc de Buckingham. Le film est très mal reçu par la critique, et déçoit au box-office.
En 2013, il s'éloigne donc d'Hollywood pour le thriller Zulu, production française tournée en Afrique du Sud, où il donne la réplique à Forest Whitaker, mais qui passe inaperçue une fois sa présentation hors compétition, plutôt positive au Festival de Cannes 2013. Cette année marque surtout le retour de l'acteur dans le rôle de Legolas dans la préquelle du Seigneur des anneaux, Le Hobbit[10]. Il confirme durant la promotion qu'il n'a toujours pas lu les œuvres de Tolkien[11].
En 2014, ce retour au premier plan coïncide avec l'inauguration le de l'étoile de l'acteur sur le célèbre boulevard hollywoodien The Walk of Fame officialisant sa participation à l'imaginaire hollywoodien[12],[13].
Cependant le succès du Hobbit le conduit à accepter de renouer avec l'autre série qui l'a rendu célèbre, Pirates des Caraïbes, après avoir pourtant décliné le quatrième volet sorti en 2011. Il retrouve donc Johnny Depp, pour Dead Men Tell No Tales, dont la sortie a eu lieu en 2017. Trois autres projets sortent cette année-là, mais de façon beaucoup plus discrète : tout d'abord le thriller d'action Unlocked, dont il partage l'affiche avec Noomi Rapace, sous la direction de Michael Apted ; puis le drame indépendant Romans, où il est secondé par Janet Montgomery ; et enfin le film d'action The Shanghai Job.
À la suite de ces flops, il accepte de tenir le premier rôle d'une mini-série fantastique, Carnival Row[15]. L'acteur y a pour partenaire l'ex-mannequin Cara Delevingne.
Amateur de moto (ce qui lui a valu une jambe cassée dans un accident), il produit en 2015 le documentaire The Greasy Hands Preachers, portant sur des amateurs de japonais, espagnols, américains et français qui construisent des motos uniques.
Vie privée
L'acteur a vécu une courte relation avec l'actrice britannique Sienna Miller, en 2001[16]. En 2003, il entame une relation avec l'actrice américaine Kate Bosworth - avec qui il se séparera et se réconciliera à de nombreuses reprises, jusqu'en septembre 2006[17].
En novembre 2007, il devient le compagnon de la mannequin australienne Miranda Kerr[18]. Ils se fiancent le 21 juin 2010[19], puis se marient le mois suivant, le 22 juillet[20]. Ensemble ils ont un fils, prénommé Flynn Christopher Blanchard Copeland Bloom (né le 6 janvier 2011)[21]. Le 25 octobre 2013, le couple annonce être séparé depuis plusieurs mois, et avoir demandé le divorce au bout de trois ans de mariage et six ans de vie commune[22]. Leur divorce a été prononcé en 2014[23].
Entre 2014 et 2016, Orlando est soupçonné d'avoir eu une histoire avec l'actrice et chanteuse américaine Selena Gomez[24]. Durant l'été 2015, il a eu une brève liaison avec l'actrice brésilienne Luisa Moraes[25].
En janvier 2016, il officialise son couple avec la chanteuse américaine Katy Perry[26], mais ils se séparent en février 2017[27], avant de se remettre ensemble au printemps 2018[28]. Peu après sa séparation avec Katy en 2017, il a brièvement fréquenté la mannequin américaine Ashley Haas[29],[30]. Le 14 février 2019, le couple se fiance[31] et, en mars 2020, Katy Perry annonce dans son nouveau clip Never Worn White être enceinte de son premier enfant[32]. Le 26 août 2020, elle donne naissance à leur fille, prénommée Daisy Dove Bloom[33].