Ученый-лесовод и деятель отечественного лесоустройства М. М. Орлов родился 1 октября 1867 года в г. Ельце Орловской губернии (ныне Липецкой области) в многодетной семье титулярного советника. По неподтвержденным данным его мать была племянницей историка Н. И. Костомарова. Семья рано потеряла отца. Михаил Орлов учился в реальном училище г. Орла и уже с 5-го класса зарабатывал репетиторством. В 1888 году он с отличием окончил Лесной институт в Санкт-Петербурге.

Практическую работу М. М. Орлов начинал в Лисинском учебном лесничестве и в лесах Самарской губернии. В 1890 году знакомился с лесным хозяйством Германии, Швейцарии, Австро-Венгрии. В 27 лет получил звание профессора Ново-Александрийского института сельского хозяйства и лесоводства в Великом княжестве Польском.

 С 1901 по 1932 год М. М. Орлов работал в Лесном институте (позже –  Лесотехническая академия). С 1902 года он заведовал Охтинской учебно-опытной дачей института, способствовал созданию в стране сети лесных опытных станций. В 1907-1909 годах – директор института, с 1924 года – декан лесохозяйственного факультета. Кроме педагогической деятельности, с 1910 года он выполнял обязанности председателя Лесного специального комитета Главного управления землеустройства и земледелия, а с 1925 года занял пост председателя Лесного учёного комитета при Центральном управлении лесами Наркомзема РСФСР.

Михаил Михайлович обследовал леса России и давал научные рекомендации по работе в них. Его называли главным лесничим России. В 1924 году он разработал и опубликовал проект Лесоустроительной инструкции, положенный в основу первой в советский период Инструкции по устройству и обследованию общегосударственных лесов (1926). Работал подвижнически, отпуском не пользовался. Отвергал любые подношения, считая это неэтичным. В 1930-е годы активные выступления М. М. Орлова против децентрализации государственного лесного управления были признаны идеологически вредными и подвергались жестокой критике, но именно его страстная позиция в те годы не позволила осуществить принцип «Лес – нуждающимся» и спасла леса России от истребления.

Ученый создал свою научную школу, подготовив блестящих профессионалов отечественного лесоустройства. Его труды, написанные ярко, образно и доступно, имеют непреходящее значение. Всего им написано около 150 книг и статей. Он был избран почетным членом иностранных институтов.

Деятельность М. М. Орлова была высоко оценена. При царском правительстве он был действительным статским советником, что соответствует рангу генерала, получил дворянство, был награжден многими орденами. При советской власти стал первым в лесном хозяйстве Героем Труда (1923). Член-корреспондент Академии наук Украинской ССР (1927), Заслуженный деятель науки и техники РСФСР (1928).

Умер 26 декабря 1932 года, похоронен на Новодевичьем кладбище в Ленинграде (ныне Санкт-Петербурге).