Orlando Bloom nació el 13 de enero de 1977 en Canterbury (Inglaterra) y tiene una hermana, Samantha Bloom, quien nació en 1975. Su madre, Sonia Constance Josephine nació en la sección británica de Calcuta, India, hija de Betty Constance Josephine Walker y Francis John Copeland (médico y cirujano). A través de ella, Bloom es un primo del fotógrafo Sebastian Copeland. La familia de la abuela materna de Bloom vivió en Tasmania, Australia, Japón e India, y eran de origen inglés. Durante su niñez, se le dijo a Orlando que su padre era el esposo de su madre, un novelista nacido en Sudáfrica, Harry Saul Bloom, pero cuando tenía trece años (nueve años después de la muerte de Harry), su madre le reveló que su padre biológico en realidad era Colin Store, socio de su madre y amigo de la familia. Stone, director de la escuela de idiomas Concorde International, tomó el lugar de tutor legal de Orlando Bloom tras la muerte de Harry Bloom. Bloom recibe su nombre del compositor del siglo XVI, Orlando Gibbons.
Orlando fue educado como anglicano. En la niñez, se las arregló para ir a la escuela The King y la escuela St. Edmund en Canterbury, a pesar de su dislexia. Fue alentado por su madre para tomar clases de arte y drama. En 1993, se mudó a Londres para seguir un curso de dos años de Arte Dramático, Fotografía y Escultura en la Facultad de Bellas Artes, Hampstead. Se unió al Teatro National Isa Youth, pasando dos temporadas allí y obteniendo una beca para entrenar en la Academia Británica Americana. Bloom comenzó a actuar profesionalmente en papeles de televisión, en episodios de Casually y Midsomer Murders, y posteriormente hizo su debut para la pantalla grande en Wilde (1997), protagonizada por Stephen Fry, en la que interpretó un papel pequeño, como un niño de alquiler. Justo después entró en la Escuela Guildhall de Música y Drama, donde estudió actuación.