Окончил среднюю школу города Ярославля.
В 1982 году поступил в Ярославский политехнический институт на инженерно-строительный факультет, который закончил в 1989 году по специальности «промышленное и гражданское строительство».
С 1983 по 1985 год проходил действительную срочную службу в рядах Советской Армии.
В 2001 году поступил на заочное отделение Московского государственного университета сервиса, который закончил в 2004 году по специальности «юриспруденция».
Трудовую деятельность Сергей Вадимович Орлов начал в 1987 году монтажником, затем грузчиком во время учёбы в институте.
С июля 1989 по июль 1997 года работал в Строительном управлении №3 треста «Ярхимпромстрой» мастером, прорабом, главным инженером, начальником управления.
С 1997 по 2001 год работал директором по производству в коммерческой фирме «Яристок».
В 2001 году Орлов Сергей Вадимович пришёл на ОАО «Ярославский технический углерод» директором по коммерческим вопросам. В марте 2005 года переведён на должность первого заместителя генерального директора – директора по коммерческим вопросам.
С июня 2006 года по март 2017 года занимал должность генерального директора ОАО «Ярославский технический углерод».
28 марта 2017 года избран Председателем Совета директоров ОАО «Ярославский технический углерод».
С 15 мая 2017 года «Ярославский технический углерод» (ОАО «ЯТУ») переименовано в акционерное общество «Ярославскй технический углерод» (АО «ЯТУ»).
16 марта 2018 года акционерное общество «Ярославский технический углерод» (АО «ЯТУ») было переименовано в акционерное общество «Ярославский технический углерод имени В.Ю.Орлова (АО «ЯТУ имени В.Ю.Орлова»).
В апреле 2013 года получил благодарность Президента РФ за большую общественную работу и активную гражданскую позицию.