Bloom dilahirkan pada tahun 1977 di Canterbury, Kent, dan dinamakan sempena nama komposer Inggeris, Orlando Gibbons.[2][3] Beliau mempunyai seorang kakak, Samantha Bloom.[4]

Orlando pada mulanya mempercayai bapa tirinya yang merupakan seorang penulis novel Harry Saul Bloom (1913–81) sebagai bapa kandungnya sebelum ibunya mendedahkan ketika beliau berusia tiga belas tahun bahawa bapa kandung beliau adalah Colin Stone, pasangan ibunya dan kenalan keluarganya.[5][6][7] Stone yang merupakan seorang pengetua,[8] menjadi penjaga Orlando selepas kematian Harry Bloom.[7]

Ibu Bloom, Sonia Constance Josephine (née Copeland), dilahirkan di Calcutta, India, merupakan anak kepada Betty Constance Josephine (née Walker) dan Francis John Copeland iaitu seorang doktor dan pakar bedah. Sebastian Copeland, seorang jurugambar terkenal merupakan sepupu kepada Bloom.[9][10] Keluarga ibunya pernah menetap di Tasmania (Australia), Jepun dan India.[5]

Bloom mendaftar di Sekolah Rendah Metodis St. Peter,[11] dan Sekolah Raja sebelum ke Sekolah St Edmund di Canterbury. Beliau disahkan menghidap disleksia,[7][12] dan ibunya menggalakkannya mengambil kelas seni dan drama. [7]

Bloom memulakan kerjaya lakonannya secara profesional menerusi watak dalam Casualty dan Midsomer Murders.[7] Beliau muncul dalam filem pertamanya, Wilde (1997), disamping Stephen Fry, sebelum menyertai Sekolah Muzik dan Drama Guildhall di London untuk mempelajari lakonan.[13]