Fjodor Grigorjewitsch Orlow entstammte der russischen Adelsfamilie Orlow. Seine Eltern waren Grigori Iwanowitsch Orlow, der Gouverneur von Nowgorod war, und dessen Ehefrau Lukerja Iwanowna Sinowjewa. Seine älteren Brüder waren Iwan Grigorjewitsch, Grigori Grigorjewitsch Orlow, wurde der Geliebte der russischen Zarin Katharina II., Alexei Grigorjewitsch und Wladimir Grigorjewitsch Orlow war sein jüngerer Brüder.

Orlow diente nach dem Besuch der Kadettenanstalt im Semjonowskoje-Leibgarderegiment als Hauptmann. Er kämpfte sowohl während des Siebenjährigen Krieges als auch während des 5. Russischen Türkenkrieges 1768-1774.

Zusammen mit seinen Brüdern beteiligte sich Fjodor Orlow auch am Sturz des russischen Zaren Peter III. und der Inthronisierung Katharina II.. Er weihte Rasumowski in die Umsturzpläne ein, der das Ismailowki-Leibgarderegiment mobilisierte und öffentliche Aufrufe in St. Petersburg drucken wollte.

Nach dem erfolgreichen Staatsstreich vom Katharina II. wurden die Brüder Orlow am 22.09.1762 in den Grafenstand erhoben. Im Jahre 1764 erhielt er den Aexander-Newski-Orden und wurde zum Ritter geschlagen.

Ab dem Jahre 1767 gehörte er zu denjenigen russischen Adeligen, die mit der Ausarbeitung eines neuen Gesetzbuches für Russland beauftragt wurden. Im Jahre 1770 verließ er den Zivildienst und trat erneut in den Militärstand.

Er schloss sich in diesem Jahre der russischen Mittelmeerflotte unter dem Befehl seines Bruders Alexei Grigorjewitsch Orlow und Admiral Spiridonow an. In der Seeschlacht von Çeşme zeichnete er sich bei der Eroberung der Festung aus. Er wurde zum Generalleutnant befördert und erhielt das mit Diamanten besetze Goldene Schwert für Tapferkeit. Im Januar 1772 kehrte Orlow nach St. Petersburg zurück und am 22.09.1772 erhielt er das Komturkreuz 2. Klasse des St.-Georg-Ordens verliehen. Im Jahre 1775 verließ er die russische Armee im Range eines Generals en chef.

Orlow, der nie verheiratet war, hatte insgesamt acht Kinder mit der Kaufmannstochter Elisabeth Michailowna Gustjatnikovaja (1756-1791) und der Obristengattin Tatjana Fedorowna Jaroslawowna. Seine Söhne Alexei Fjodorowitsch, Michail Fjodorowitsch, Gregorij Fjodorowitsch und Fjodor Fjodorowitsch Orlow schlugen die militärische Laufbahn ein. Am 27.04.1796 hatte Zarin Katharina II. hatte die unehelichen Kinder legitimiert und die Erlaubnis erteilt, den Namen Orlow ohne den Grafentitel zu führen.

General Fjodor Grigorjewitsch Orlow starb am 28.05.1796 in Moskau.