Сергей Орлов родился 22 августа 1921 года в селе Мегра Белозерского уезда Череповецкой губернии, ныне Белозерский район Вологодской области. Отец Сергей Николаевич и мать Екатерина Яковлевна были сельскими учителями. Стихи писал с детства.

В школе он с большим желанием посещал литературную студию, тогда же начал публиковать свои стихи в газете «Белозёрский колхозник», а потом стихи «перебрались» и на страницы областной газеты. Отец умер рано, дальнейшим воспитанием мальчика занимался отчим. В связи с этим им пришлось перебраться в Сибирь, куда главу семьи направили в 1930-е годы организовывать колхозы. В Сибири Сергей продолжил обучение в школе. На Всесоюзном конкурсе школьников за лучшее стихотворение занял первое призовое место. Его конкурсную «Тыкву и три огурчика» опубликовал детский поэт Корней Чуковский. Сначала - в газете «Правда», потом - в своей книге. На свои первые гонорары школьник Орлов купил себе костюм. В 1940 году будущий поэт-фронтовик поступил на историка в Петрозаводский университет. Закончить его не позволила война. В июне сорок первого года он вместе с однокурсниками становится бойцом истребительного батальона, сформированного из студентов-добровольцев. Однако через два месяца он уже курсант Челябинского танкового училища.

В 1942 году младший лейтенант-танкист направляется на Волховский фронт. Первый бой принял у деревни Дусьево и железнодорожной станции Мга в качестве командира танка. В перерывах между боями офицер-танкист пишет стихи. Их с охотой публикует фронтовая печать. Война продолжалась, и гвардии старший уже лейтенант воевал на переднем её крае. Его танковый взвод в феврале 1944-го года освобождал с боями Великий Новгород. Здесь он снова горел в танке. Второй раз за время боёв. Но теперь дела обстояли куда хуже: танк подбили, он загорелся. Танкистам каким-то чудом удалось вытащить своего командира из объятого пламенем танка. Орлов этот зимний день февраля впоследствии отмечал как второй день рождения. Огонь безжалостно изуродовал лицо молодого офицера-танкиста, а осколок от фашистского снаряда пытался достать его сердце. Но на пути «встала» медаль «За оборону Ленинграда». Другой известный поэт-фронтовик писал: «Жди меня, и я вернусь, всем смертям назло». Фронтовик Орлов вернулся, но та, которая ждала ... «не дождалась». Нет, она не вышла замуж, она, увидев опалённое войной лицо своего любимого, просто испугалась и отказалась связать с ним дальнейшую жизнь. Храбрый фронтовик не пал духом, не сдался, а уехал в Ленинград и поступил в университет на филологический факультет, на второй курс. История его не стала больше интересовать, её он сам делал на своём танке по фронтовым дорогам.

В Ленинграде он подружился с поэтом-фронтовиком Михаилом Дудиным, который помог ему издать в 1946 году книгу «Третья скорость». Название оказалось весьма удачным - именно на третьей скорости советские танкисты шли в бой. Решив стать профессиональным поэтом, Сергей переводится в Литературный институт, который успешно окончил в 1954 году.

Подвиг танкистов в годы войны увековечен поэтом не только в стихах, но и в фильме «Жаворонок», сценарий для которого он написал в соавторстве с М. Дудиным. Одно из лучших своих стихотворений «Его зарыли в шар земной», положенное на музыку, звучит в начале именно этого фильма в прекрасном исполнении Майи Кристалинской https://www.youtube.com/watch?v=SNOU97pzx50.

Ушёл из жизни поэт-фронтовик Сергей Орлов в возрасте 56-ти лет 7 октября 1977 года. Похоронен в Москве на Кунцевском кладбище.