Родился 14 апреля 1975 года в городе Благовещенске, Амурской области.
В 1998 году окончил отделение китайского и английского языков филологического факультета Благовещенского государственного педагогического университета с присвоением квалификации учителя китайского и английского языков, референта-переводчика китайского языка.
В 2002 года получил диплом отделения государственного и муниципального управления Московского государственного института международных отношений МИД России по специальности «государственное и муниципальное управление» со знанием иностранного языка (присвоена квалификация «менеджер»).
Выпускник программы подготовки управленческих кадров Российской академии народного хозяйства и государственной службы при президенте РФ.
Кандидат экономических наук. В 2013 году в Московском государственном университете экономики, статистики и информатики защитил диссертацию на тему «Экономико-математические методы и модели оценки эффективности реализации муниципальных целевых программ».
С 2002 года по 2007 год работал генеральным директором областного государственного унитарного предприятия «Амур-качество».
27 марта 2005 года был избран депутатом городской Думы города Благовещенска IV созыва. Баллотировался по округу №9 в качестве самовыдвиженца. На выборах получил 26,73% голосов, второе место в округе заняла Оксана Дзюба от партии «Родина» — 19,39%.
С 2007 года по 2008 год — генеральный директор ОАО «Амурский кристалл».
В 2008-2010 годы занимал пост заместителя мэра Благовещенска Александра Мигули. В сферу его ответственности входило финансовое управление городом, формирование бюджета и др.
В 2012 году был советником главы администрации Благовещенска Павла Березовского.
Затем перешел в администрацию Амурской области (губернатор региона — Олег Кожемяко).
С августа 2012 года по май 2013 год занимал пост заместителя министра экономического развития области.
28 мая 2013 года был назначен министром экономического развития. Работал в областном правительстве до сентября 2015 года.
В 2014-2015 годы входил в резерв управленческих кадров под патронатом президента РФ.
В 2015 году после победы Александра Козлова на выборах губернатора Амурской области Василий Орлов покинул госслужбу и перешел на работу в нефтехимический холдинг «Сибур», где занял должность представителя генерального директора компании в регионе. Представлял в Амурской области интересы холдинга, связанные с реализацией проекта в области газохимии и газопереработки.
В 2017 году переехал в Москву, где стал советником корпоративного университета компании.
Участник Всероссийского конкурса управленцев «Лидеры России».
30 мая 2018 года указом президента РФ назначен врио губернатора Амурской области. Сменил на этом посту Александра Козлова, возглавившего Министерство РФ по развитию Дальнего Востока.
9 сентября 2018 года победил на выборах главы Амурской области (баллотировался от партии «Единая Россия»). По итогам голосования получил 55,60% голосов избирателей. Второе место заняла секретарь Амурского обкома КПРФ Татьяна Ракутина — 26,56%. 27 сентября того же года Василий Орлов официально вступил в должность.
10 сентября 2023 года вновь избран главой Амурской области.