Григорьевича Орлова и вдовы камер-фурьера Л.С. Попова Елизаветы Михайловны Гусятниковой (по другим данным – полковницы Татьяны Федоровны Ярославовой) и официально числился «воспитанником» своего отца. Незадолго до своей смерти в апреле 1796 г. Ф.Г. Орлов уговорил Екатерину II даровать своим «воспитанникам» потомственное дворянство и фамилию Орловых, однако графского титула своего отца они не унаследовали.
Алексей Федорович Орлов получил домашнее образование, воспитывался в пансионе аббата Николя в Санкт-Петербурге, по окончании которого с января 1801 г. служил юнкером в Коллегии иностранных дел, где и приобрел дипломатические навыки, так пригодившиеся ему впоследствии. В мае 1804 г. был переведен в лейб-гвардии Гусарский полк. В 1805 г. молодой корнет принимает участие в кампании против Наполеона, где отличается в знаменитом сражении под Аустерлицем. В 1807 г. проявляет незаурядное мужество и отвагу в сражениях под Гейльсбергом и Фридландом. В 1809 г. в чине штабс-ротмистра переводится в лейб- гвардии Конный полк, в списках которого числится до конца жизни. Нашествие Наполеона на Россию в 1812 г. Орлов встречает в чине ротмистра, участвует в сражениях под Витебском, Смоленском, Красным и в знаменитой битве под Бородино, во время которой он получил шесть сабельных ран в голову и удар пики в бок. В начале 1813 г. Орлов назначается адъютантом к великому князю Константину Павловичу и участвует в Заграничном походе русской армии. В августе 1813 г. ему присваивается чин полковника. Заслуживает упоминания тот факт, что именно внебрачный сын Федора Орлова, Михаил Орлов, брат Алексея, был тем офицером, который подписал предварительные условия сдачи Парижа русским войскам. По окончании войны с Наполеоном Алексей Орлов увольняется с военной службы в отставку. Однако уже через год подает прошение о возвращении на военную службу и вновь зачисляется в кавалерию. В апреле 1816 г. становится флигель-адъютантом императора Александра I, в 1817 г. производится в чин генерал-майора, в начале 1819 г. назначается командиром своего лейб-гвардии Конного полка, в июне 1820 г. – генерал-адъютантом императора.
14 декабря 1825 г. становится переломным в судьбе Орлова. В те напряженные часы восстания декабристов, когда не только корона, но и сама жизнь Николая I висела на волоске, он первым из полковых командиров привел к новому императору свой лейб-гвардии Конный полк, также его полк стал первым присягнувшим на верность Николаю I. Во главе своего полка Орлов несколько раз в тот день ходил в атаку на мятежников. По делу декабристов был арестован его родной брат генерал-майор Михаил Орлов, герой Отечественной войны 1812 г. и заграничных походов. Этот факт, однако, не помешал дальнейшему продвижению А.Ф. Орлова по службе, но, напротив, еще более оттенил твердость его убеждений и непоколебимую верность престолу. Новый император запомнил преданность командира Конного полка и сохранил чувство благодарности к нему до конца своей жизни, неоднократно отзываясь об А.Ф. Орлове как о «надежном, умном и истинно русском человеке». 25 декабря 1825 г. императорским указом А.Ф. Орлов был возведен в графское достоинство. В знак признания его заслуг Николай I избавил его брата Михаила Орлова от неминуемой каторги.
В апреле 1828 г. А.Ф. Орлов сопровождает Николая I в поездке в действующую армию в связи с начавшейся войной с Турцией. В ходе Русско-турецкой войны 1828–1829 гг. вновь демонстрирует свое мужество, во главе особого отряда берет штурмом крепости Мачин и Гирсово, командует 1-й конно-егерской дивизией и во главе ее участвует в сражениях при Шумле; производится в чин генерал-лейтенанта. Он назначается представителем (вместе с графом Ф.П. Паленом) на мирных переговорах с Турцией. Во многом благодаря его стараниям между воюющими сторонами был заключен Адрианопольский договор (сентябрь 1829 г.), чрезвычайно выгодный для России.
В 1831 г. Николай I посылает Орлова с рядом поручений к главнокомандующему русскими войсками в Польше генерал-фельдмаршалу И.И. Дибичу, затем назначается руководить подавлением «холерного бунта» в Петербурге и восстаний в Новгородском и Старорусском военных поселениях, успешно справляется с этими задачами. В 1833 г. он вновь подтверждает свои блестящие способности дипломата, подписав с Турцией Ункяр-Искелесийский договор о вечном мире, дружбе и оборонительном союзе. В этом же году производится в чин генерала от кавалерии. В декабре 1835 г. Орлов назначается членом Государственного совета. Государственный секретарь М.А. Корф отмечал, что удачливый дипломат и генерал от кавалерии с конца 1830-х гг. XIX в. становится «едва ли не ближайшим к государю человеком». Как близкого своего друга император назначает его попечителем своего сына и наследника престола великого князя Александра Николаевича (будущего императора Александра II). Орлов был награжден орденами Св. Георгия 4-й степени, Св. Анны 4-й, 2-й и 1-й степеней, Св. Владимира всех степеней, Св. Александра Невского и Св. Андрея Первозванного.
Когда встал вопрос о новом главе ведомства государственной безопасности, то для Николая I не существовало сомнений, кому именно доверить этот чрезвычайно ответственный и важный и для государства, и для его личной власти пост. Официально Орлов стал главным начальником Третьего отделения, шефом жандармов и командующим Императорской Главной квартирой 17 сентября 1844 г., однако фактически приступил к исполнению этих обязанностей уже в апреле, после отъезда А.Х. Бенкендорфа на лечение за границу. Орлов принял назначение руководителем политического сыска довольно неохотно и с готовностью переложил основной объем работ по Третьему отделению и жандармерии на своего помощника Л.В. Дубельта.
Согласно официальным отчетам ведомства государственной безопасности за 1840-е гг., наиболее опасную угрозу «общественному порядку» в России Третье отделение видело, во-первых, в активизации деятельности журналов «Отечественные записки» и «Современник», фактически выступавших органами революционной демократии, во-вторых, в подъеме студенческого движения в крупнейших вузах страны (Петербургском и Московском университетах, Училище правоведения, Горном институте) и, в-третьих, в возникновении общественно-политического движения на Украине. Последнее проявилось в том, что в конце 1845 г. в Киеве возникло Украино-Словенское общество Св. Кирилла и Мефодия. В начале 1847 г. это общество было обнаружено Третьим отделением, и участие в нем окончилось достаточно печально для Н.И. Костомарова, Т.Г. Шевченко, П.А. Кулиша и других его членов. Донесший на них студент Киевского университета Петров из-за бойкота товарищей был вынужден покинуть учебное заведение, но был без экзаменов удостоен звания действительного студента и по инициативе Орлова вызван в Северную столицу и определен «соответственно его способностям» чиновником в Третье отделение. Характеризуя совокупность негативных явлений, орган государственной безопасности заверял царя, что все они носят поверхностный характер, не имеют определенной теоретической основы и затрагивают только незначительные круги общества.
Резкий всплеск революционной активности в Западной Европе в 1848 г. вызвал у Николая I и руководства Третьего отделения стремление надежно изолировать Российскую империю от революционного Запада. Как им было хорошо известно, «умственная зараза» проникала тремя путями: «путешествиями наших по Европе, просвещением и ввозом к нам иностранных книг». Нечего и говорить, что правительство постаралось как можно плотнее перекрыть эти каналы. С началом революций 1848 г. Николай I распорядился вызвать на родину всех находившихся в Западной Европе русских подданных, и Третье отделение бдительно следило за неукоснительным исполнением этого указа. Сверх того, от русских дипломатических представительств в Европе оно получало необходимую информацию для проверки «политической благонадежности» этих «путешественников». Но, несмотря на все старания политического сыска, революционные идеи проникали на территорию империи. Возросло количество политических дел, связанных с чтением запрещенных книг, порицанием существующих порядков, одобрением событий в Западной Европе, «вольномыслием» в учебных заведениях и т.п. Хотя большинство этих дел были незначительными, а подчас и просто надуманными, отдельные были достаточно громкими по меркам того времени. Так, например, стараниями Третьего отделения был пресечен «мятежный заговор в Вильно, ставивший целью освободить бывшие польские провинции от русского владычества», а в Училище правоведения, среди учащихся которого были обнаружены «преступные замыслы» относительно правительства, был «наведен порядок». Особняком стоит знаменитое дело петрашевцев, по которому под следствие попало 123 человека. Сам кружок сложился вокруг М.В. Петрашевского в 1844 г., а с осени следующего года стал регулярно собираться по пятницам. Своей целью участники кружка ставили пропаганду идей демократии и утопического социализма, однако под влиянием революционного взрыва в Западной Европе в 1848 г. начали задумываться над более радикальными действиями. В преддверии ожидаемого начала крестьянской революции М.В. Петрашевский и Н.А. Спешнев разработали план