Окончил естественное отделение физико-математического факультета Петроградского университета (1917). В ПИНе 1930-1966, зав. отделом (1932-1945), заведующий Музеем (1934-1936), директор института (1945-1966). Преподаватель Пермского университета (1916-1924), Военно-медицинской академии в Ленинграде (1924-1935), Горного института (1931-1933), сотрудник Геологического комитета и института мозга в Ленинграде (1925-1927), профессор Ленинградского университета (1933-1943) и Московского университета (1939-1966), зав. кафедрой палеонтологии МГУ (1943-1966), главный редактор «Основ палеонтологии» (1958-1964) и «Палеонтологического журнала» (1958-1965). Член-корреспондент (с 1953) и действительный член (с 1960) АН СССР, заместитель академика-секретаря Отделения общей биологии АН СССР (1963-1966), заслуженный деятель науки РСФСР (1946), действительный или почетный член научных обществ США, Англии, Франции, Индии и др. Почетный член ВПО (с 1960). Ленинская премия (1967). Млекопитающие ископаемые и современные., занимался также кишечнополостными (фавозитиды силура), двустворчатыми моллюсками, членистоногими и другими. 1934 – присвоена степень доктора биологических наук без защиты. 150 публикаций, в том числе 7 монографий. Основные: «Третичные млекопитающие и местонахождения их остатков» (1941, Тр.ПИН, Т.8, Вып.3). «Peruniinae, новое подсемейство из неогена Евразии (к филогении куниц)» (1947, Тр.ПИН, Т.10, Вып.3). «Хищные дейноцефалы фауны Ишеева» (1958, М.: Изд-во АН СССР). «В мире древних животных» (1 издание – 1961, М.: Изд-во АН СССР).

См. о нем: "Юрий Александрович Орлов (1893-1966)" (Мат-лы к библиографии ученых СССР, сер. биол. наук, Вып.3, 1987. М. Наука).