Художник Николай Васильевич Орлов родился 8 мая 1863 года в с. Буйцы Тульской губернии в семье безземельного крестьянина. Первоначальные художественные навыки получил под руководством своего дяди, иконописца В.И. Богуславского в с. Огарево Тульской губернии.

В 1882-1892 годах учился в Московском училище живописи, ваяния и зодчества у И. М. Прянишникова и В.Е. Маковского, окончил его с серебряной медалью за дипломную картину «Умирающая» и получил звание классного художника.

В 1894-1905 годах Николай Васильевич был участником передвижных выставок, с 1896 года – членом Товарищества передвижных художественных выставок (ТПХВ). Крестьянин родом, он сделал быт дореволюционной деревни основной темой своего творчества («Подати» (1895), «Проводы переселенцев» (1896), «Порка» (1904), «Христа ради» (1901) и другие). Художник был дружен с Л.Н. Толстым, разделял его взгляды, в 1907–1910 годах неоднократно бывал в Ясной Поляне. Летние месяцы в 1909–1912 годах он жил и работал в имении сына писателя С.Л. Толстого Никольское-Вяземское Тульской губернии. Толстой называл Орлова любимым художником и написал предисловие к альбому репродукций художника «Русские мужики» (СПб, 1909).

Человеческая и творческая судьба Н. В. Орлова тесно сплетается с жизнью Липецкого края начиная с 1907 года, когда он приезжает в с. Верхнее Сухинино (близ Ельца) к своему дяде для работы над новой картиной «С войны».

С 1913 года, получив место учителя рисования в Липецкой женской гимназии, Николай Васильевич с семьей жил и работал в Липецке. Выпускница гимназии Е. М. Лаврова вспоминала: «Начиная с первого урока, Николай Васильевич нас так расположил к себе своею добротой и лаской, что лично я, не имея призвания к рисованию, с появлением Орлова имела успех». 

В Липецке художник также писал портреты, работал над картиной «В солдаты», или «Рекрутская ставка». Октябрьскую революцию он принял с воодушевлением, активно участвовал в переустройстве быта, в оформлении революционного Липецка. Вместе с художником Ф. Мелиховым организовал изостудию для молодежи, проводил просветительские беседы.

В сентябре 1919 года, когда к Липецку подошла конница генерала Мамонтова, Николай Васильевич отправился в штаб мамонтовцев, расположенный в с. Двуречки. Он хотел убедить генерала отказаться от кровопролития. Чистосердечие и бесстрашие художника были наказаны: он получил 20 ударов шомполами. Вряд ли этот поступок оказал какое-то влияние на планы Мамонтова, однако его войска город брать не стали.

В августе 1920 года со своей семьей, другими артельщиками Н. В. Орлов выехал на Кубань для организации коммуны. В 1922 году бандиты напали на коммуну, разграбили инвентарь, убили сына и двух дочерей Орлова, уничтожили привезённые им картины. После этого художник тяжело заболел.

Умер 5 августа 1924 года.

Произведения Н. В. Орлова находятся во многих музейных собраниях, в том числе в Государственной Третьяковской галерее, Музее-усадьбе Л. Н. Толстого в Ясной Поляне, Государственном историческом музее, Государственном литературном музее, Липецком областном краеведческом музее и других.