Родился 11 сентября 1922 на станции Урень, ныне город Нижегородской области, в крестьянской семье. Русский. Окончил 10 классов. Призван в армию в июне 1941 года Уренским райвоенкоматом. В апреле 1943 года окончил 2-е Горьковское танковое училище.

В действующей армии – с июля 1943 года. Сражался в 65-й танковой бригаде 11-го танкового корпуса на Брянском, Южном, 1-м Украинском и 1-м Белорусском фронтах. Участвовал в Курской битве, освобождении Донбасса, Украины, Белоруссии, Польши, боях на территории Германии, штурме Берлина.

Отличился в Висло-Одерской операции на территории Польши.

18 января 1945 года, находясь в передовом отряде бригады во время наступления на село Мнишек (20 километров западнее города Радом) встретил заслон двух артиллерийских батарей противника. Огнем танковых пушек разбил обе батареи, с хода врезался в отступающую колонну противника, захватил шесть 88-мм орудий, 23 зенитные пушки, 1 танк «Пантера», 200 автомашин с военными грузами. Уничтожил 160 вражеских солдат и офицеров. Этим обеспечил дальнейшее наступление всей бригады на город Томашув-Мазовецкий.

Указом Президиума Верховного Совета СССР от 27 февраля 1945 года за образцовое выполнение боевых заданий командования на фронте борьбы с немецкими захватчиками и проявленные при этом отвагу и геройство Орлову Михаилу Фёдоровичу присвоено звание Героя Советского Союза с вручением ордена Ленина и медали «Золотая Звезда».

После окончания войны М.Ф.Орлов продолжал службу в Советской Армии. В 1957 году окончил Военную академию бронетанковых войск, был старшим преподавателем Военной академии имени М.В.Фрунзе.

С 1973 года – в запасе. Работал в Москве начальником штаба гражданской обороны Института общей и неорганической химии.

Скончался 27 июля 1999 года. Похоронен в Москве на Троекуровском кладбище.

Награждён орденом Ленина (27.02.1945), двумя орденами Отечественной войны 1-й степени (14.07.1944; 11.03.1985), орденом Красной Звезды, медалями.

Почётный гражданин города Волноваха Донецкой области, польских городов Радом и Томашув-Мазовецки Мазовецкого воеводства.

Именем Героя названа улица в городе Урень. В музее уренской средней школы № 1 имеется зал воинской славы, где один из стендов посвящен М.Ф.Орлову.

С 26 июля по 18 августа 1943 года в составе 4-й танковой армии принимал участие в Орловской стратегической наступательной операции – завершающем этапе Курской битвы, где 11-й танковый корпус громил Болховскую группировку противника в полосе 11-й гвардейской армии. В этих первых для М.Ф.Орлова боях  его танк  подбил два вражеских танка.

После завершения Курской битвы 11-й танковый корпус был переброшен на Южный фронт. Здесь М.Ф.Орлов в составе корпуса участвовал в Донбасской стратегической операции, где 11-й танковый корпус прорвал оборону противника на реке Миус и с боями продвигался на запад по территории  Сталинской (ныне Донецкой) области Украины, освобождая большое количество населённых пунктов, в том числе город Волноваха (10 сентября 1943 года). За отличие в боях по освобождению Волновахи 65-я танковая бригада получила наименование Волновахской.

С 26 сентября 1943 года участвовал в Мелитопольской наступательной операции и в боях за освобождение Мелитополя.  В этих боях был тяжело ранен и отправлен в госпиталь. После излечения возвратился в свою бригаду.

С конца октября 1943 года по конец февраля 1944 года 11-й танковый корпус находился в Резерве Верховного Главнокомандования, затем переведен на 1-й Украинский, а в апреле 1944 года – на 1-й Белорусский фронт, где и находился до конца войны.

С 24 июня 1944 года участвовал в Белорусской стратегической наступательной операции, в том числе в боях за освобождение 6 июля города Ковель (Волынская область Украины). За отличие в боях в Волынской области награжден орденом Отечественной войны 1-й степени.

Из наградного листа:

Командир взвода танков Т-34 лейтенант Орлов М.Ф., участвуя в боях в составе 2-го танкового батальона, при атаке села Торговище Турийского района Волынской области 8 июля 1944 года со своим взводом первым ворвался в оборону противника и углубился в нее до 3 километров. На своем пути его танк уничтожил 2 пушки противника, 3 пулеметных точки, 13 солдат и офицеров. Во время боя эвакуировал в укрытие танк командира роты. Огнем и броней прикрыл горящий танк соседнего взвода, дал возможность экипажу выйти в укрытие.
Достоин правительственной награды – ордена Отечественной войны 1-й степени.
Командир 2 танкового батальона майор Спивак

Затем М.Ф. Орлов участвовал в Люблин-Брестской наступательной операции – завершающем этапе Белорусской операции "Багратион". В этой операции 11-й танковый корпус, находившийся в оперативном подчинении 8-й гвардейской армии, действуя из района города Ковель Волынской области, прорвал оборону противника, освободил 19 июля с участием 65-й танковой бригады город Любомль Волынской области, форсировал реку Западный Буг и вышел на территорию Польши. После этого был введен в состав конно-механизированной группы генерал-лейтенанта В.В.Крюкова, которая двинулась в северо-западном направлении, 23 июля овладела городами Парчев и Радзынь-Подляски Люблинского воеводства, 31 июля взяла город Седлец (Седльце) Мазовецкого воеводства. До конца операции корпус вел тяжелые бои в районе севернее города Седльце.

С 14 января по 3 февраля 1945 года М.Ф.Орлов участвовал в Варшавско-Познанской наступательной операции – этапе Висло-Одерской стратегической наступательной операции. 11-й танковый корпус, действуя в составе 69-й армии, наносил удар с Пулавского плацдарма в направлении на Радом, Лодзь. Он вместе с другими соединениями фронта прорвал оборону противника на глубину до 20 километров, 16 января освободил Радом, 18 января – Томашув Мазовецки, 19 января – Лодзь. 29 января корпус, прорвав Мезеритцкий укреплённый район, вступил на территорию Германии в границах 1938 года, 31 января достиг реки Одер.

М.Ф.Орлов особо отличился в этой операции.

Из наградного листа на присвоение звания Героя Советского Союза:

Командир 2-й танковой роты 3-го танкового батальона 65 танковой Волновахской Краснознаменной ордена Суворова танковой бригады 11-го ТКК старший лейтенант Орлов М.Ф., участвуя в боях с немецкими захватчиками на 1-м Белорусском фронте при прорыве обороны немцев на плацдарме западного берега р. Висла, при взятии городов Радом, Томашув, Лодзь проявил исключительный героизм и отвагу.
18.1.1945 года, будучи в передовом отряде бригады, в момент наступления на село Мнишек наткнулся на заслон двух батарей противника, которые прикрывали отход колонны противника из города Радом. Умелым, стремительным маневром, правильным распределением огня разбил 2 батареи 88-мм орудий, с хода врезался в отступающую колонну противника, не дав ему развернуться, захватил шесть 88-мм орудий, 23 зенитные пушки, 1 танк «Пантера», колонну из 200 автомашин с различными военными грузами. Уничтожил 160 вражеских солдат и офицеров.
В этом бою старший лейтенант Орлов проявил личную отвагу и героизм, обеспечил своими действиями дальнейшее наступление всей бригады на город Томашув.
Достоин правительственной награды – присвоения звания «Герой Советского Союза».
Командир батальона капитан Павлов

В период с 14 января по 3 февраля 1945 года танковая рота М.Ф.Орлова прошла с боями 650 километров от Вислы до Франкфурта на Одере. Пять раз М.Ф.Орлов горел в танке, но каждый раз возвращался в строй.

С 16 апреля по 8 мая 1945 года в полосе 8-й гвардейской, а затем 5-ударной армии М.Ф.Орлов принимал участие в Берлинской стратегической операции.  11-й танковый корпус, находившийся в оперативном подчинении 1-й гвардейской танковой армии М.Е.Катукова, был  введён в действие в первый день операции и наступал в полосе 8-й гвардейской армии с Кюстринского плацдарма в направлении на Берлин.

К вечеру 16 апреля 65-я танковая бригада корпуса с 50-м тяжелым танковым полком вышла к станции Вербиг, подойдя вплотную к Зееловским высотам. Встретив мощное сопротивление противника на Зееловских высотах, М.Е.Катуков двинул свою армию в обход Зееловских высот. 11-й танковый корпус наступал на стыке с 2-й гвардейской танковой армией. Ему удалось прорвать вторую линию обороны противника. 65-я танковая бригада и 50-й тяжелый танковый полк корпуса форсировали реку Флисс и захватили вместе с 219-й танковой бригадой 1-го мехкорпуса  Вульков, далее был захвачен Херменсдорф.

19 апреля 11-й танковый корпус вместе 9-м стрелковым корпусом И.П.Рослого вёл бои за Букков, понес большие потери и успеха не имел. Командир корпуса генерал-майор И.И.Ющук собрал две ударные группировки для обхода Буккова с севера и юга. В правую (северную) группировку корпуса вошла с рядом других соединений 65-я танковая бригада. В южную (левую) группировку вошли 20-я и 36-я танковые бригады. Командир корпуса задумал охват не только Буккова, но и прилегающих к нему озер. В результате правая ударная группировка к исходу дня вышла в район Грунова. Главные силы 11-го танкового корпуса совместно с 47-й гвардейской стрелковой дивизией овладели Дамсдорфом и стали обходить Мюнхеберг с северо-запада. Вражеский гарнизон Мюнхеберга резко ослабил сопротивление. Этим воспользовалась 82-я гвардейская стрелковая дивизия, с востока ворвалась в город и к 21 часу очистила его от фашистов.

20 апреля командующий 1-м Белорусским фронтом Маршал Советского Союза Г.К.Жуков приказал командующему 1-й гвардейской танковой армией генерал-лейтенанту М.Е.Катукову  не позднее 4.00 утра 21 апреля любой ценой прорваться на окраину Берлина.

Войскам 1-й гвардейской танковой армии были незамедлительно уточнены задачи. Командарм приказал танковым корпусам, не прекращая ночных действий, утром 21 апреля ворваться в Берлин.

65-я танковая и 12-я мотострелковая бригады 11-го танкового корпуса прорвали внешний и внутренний оборонительные обводы берлинского укрепленного района и 21 апреля захватили Хенов. Главные силы корпуса, завершив разгром остатков моторизованной дивизии «Мюнхеберг» в лесах западнее Мюнхеберга, вечером 20 апреля овладели Либенбергом, а затем нанесли удар на северо-запад и овладели Петерсхагеном. Ночью 22 апреля корпус овладел Марцаном, а к исходу дня завязал бои непосредственно за Берлин.

Бои были упорными и кровопролитными. 11-й танковый корпус потерял с 16 по 22 апреля 369 человек убитыми и 1291 человека ранеными. Сгорели 41 Т-34, 3 ИС-2, 2 СУ-76, были подбиты 94 Т-34, 6 ИС-2, 13 СУ-85 и СУ-100,  5 СУ-76.

22 апреля  11-й танковый корпус поступил в подчинение 5-й ударной армии.

С 24 апреля 5-я ударная армия с 11-м танковым корпусом штурмовала Берлин с востока, в тяжёлых уличных боях прорываясь к центру города.

Каменные здания Берлина были приспособлены к долговременной и круговой обороне и представляли собой сильные опорные пункты и узлы сопротивления, оборонявшиеся гитлеровцами, вооруженными до зубов. Большая часть огневых средств была установлена в амбразурах первого этажа, подвальных или полуподвальных помещений. Здесь же размещались и основные силы гарнизона опорного пункта. На верхних этажах и чердаках находились снайперы, пулемётчики, автоматчики. Фланги прикрывались прочными баррикадами. На наиболее важных направлениях, а также у перекрестков располагались в окопах танки и штурмовые орудия.

В Берлине имелось свыше 400 железобетонных дотов. Самые крупные из них имели гарнизоны численностью от 300 до 1000 человек.

Завязались ожесточённые, кровопролитные бои. Несмотря на безнадёжность положения, гитлеровцы упорно сопротивлялись — дрались за каждый дом, улицу, перекресток, баррикаду. По нашим войскам вели огонь сотни орудий и миномётов, тысячи пулемётов и автоматов. Фаустпатроны, которыми немцы стреляли по советским танкам, летели из подвалов, окопов, с крыш, колоколен.

Бои шли днём и ночью. Прорываясь к центру Берлина, советские солдаты проламывались на танках через дома, выбивая гитлеровцев из развалин. К 28 апреля в руках гитлеровцев осталась только центральная часть, со всех сторон простреливавшаяся советской артиллерией.

Утром 1 мая над рейхстагом был поднято Знамя Победы 150-й стрелковой дивизии. Уличные бои продолжались вплоть до 2 мая, когда гарнизон Берлина капитулировал.