Родился 21 апреля 1938 г. в семье известных педагогов в г. Иваново.
В 1955 г. поступил и в 1960 г. с отличием окончил Ивановский энергетический институт по специальности «Электрические машины и аппараты», по окончанию которого был приглашен на кафедру электрических машин и аппаратов (ЭМА) на должность ассистента с целью организации подготовки инженеров по специальности «Электрические аппараты».
Работая ассистентом, самостоятельно нашел и решил актуальную научную задачу по исследованию электромагнитных реле времени.
В 1962 г. он поступил в целевую аспирантуру при кафедре электрических аппаратов Московского энергетического института, на которой успешно защитил кандидатскую диссертацию в 1965 г. Результаты исследований легли в основу его монографии «Электромагниты с замедлением», выпущенной в издательстве «Энергия».
Пребывая в аспирантуре, Дмитрий Васильевич активно участвовал в работе научных семинаров маститых ученых и проникся научными проблемами, стоящими перед электромеханикой на рубеже 1960-70-х гг. при освоении космоса.
В 1965 г. он вернулся в ИЭИ и активно участвовал в совершенствовании подготовки инженеров по специальности «Электрические аппараты», внедряя в учебный процесс новые курсы и лабораторные работы. В 1966 г. Орлов заключил контракт на должность доцента кафедры ЭМА.
С 1965 г. по его инициативе и под его руководством начались работы по созданию герметизирующих устройств для космических аппаратов. Для решения данной проблемы Д. В. Орлов предложил использовать жидкий металл - галлий. Организованным им научным коллективом, основную часть которого составляли талантливые выпускники, студенты и аспиранты кафедры, выполнен комплекс научно-исследовательских работ по созданию индукционных жидкометаллических уплотнений. Данный тип уплотнений был использован для стендовых испытаний подшипниковых узлов колес советских луноходов «Луноход-1» и «Луноход-2».
Поиск более эффективного метода решения проблемы герметизации привел научную группу Д. В. Орлова в 1970 г. к идее использования в этих целях магнитных жидкостей. В ИЭИ того времени в данном научном направлении работал коллектив, в который входили сотрудники научно-исследовательского сектора, преподаватели кафедр химии, физики, высшей математики, технологии машиностроения, техники высоких напряжений и, конечно, электрических машин. В связи с перспективой использования магнитожидкостных устройств в космосе по решению правительства СССР в 1980 г. при ИЭИ были образованы Проблемная научно-исследовательская лаборатория прикладной феррогидродинамики и Специальное конструкторско-технологическое бюро «Полюс» - первые в СССР организации, специализировавшиеся на изучении магнитных жидкостей. Научным руководителем лаборатории и директором СКТБ вполне логично был назначен Д. В. Орлов.
В 1972-77 годах Дмитрий Васильевич - заведующий кафедрой ЭМА. В 1977 г. защитил докторскую диссертацию. В 1980 г. его утвердили в ученом звании профессора и чуть позже - избрали заведующим кафедрой техники высоких напряжений. По итогам выполнения научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ по важнейшей тематике в 1985 г. коллектив СКТБ «Полюс» награжден Почетной грамотой Минвуза РСФСР, а его директор Д. В. Орлов - орденом «Знак Почета», золотой медалью ВДНХ СССР.
В 1986 г. началась новая страница в жизни этого замечательного ученого. Дмитрий Васильевич переехал в Москву, где работал ведущим научным сотрудником Института машиноведения АН СССР, руководил филиалом кафедры Института приборостроения в биологическом центре АН СССР в г. Пущино, но при этом продолжал активно сотрудничать с ИГЭУ.