Orlando Bloom sinh ra tại Canterbury, Kent, nước Anh, và có một chị gái là Samantha Bloom sinh năm 1975. Bloom được đặt theo tên của nhà soạn nhạc ở thế kỷ thứ XVI là Orlando Gibbons.[4][5]

Mẹ anh là bà Sonia Constance Josephine (nhũ danh Copeland), là người gốc Anh thuộc một nhánh của Kolkata, Ấn Độ, là con gái của Betty Constance Josephine (Walker) và Francis John Copeland, là y sĩ và bác sĩ phẫu thuật. Nhờ đó mà Bloom là anh em họ với nhiếp ảnh gia Sebastian Copeland.[6] Họ ngoại của Bloom sống rải rác tại Tasmania, Úc, Nhật, Ấn Độ, và nhờ có nguồn gốc người Anh mà một vài người trong số đó gốc gác từ Kent.[7] Hồi nhỏ, Bloom được nghe về cha mình là chồng của mẹ, là tiểu thuyết gia chống chủ nghĩa Apartheid người Do Thái-Nam Phi, Harry Saul Bloom; tuy nhiên khi anh lên 13 tuổi (9 năm sau khi ông Harry qua đời), mẹ của Bloom mới tiết lộ rằng cha đẻ của anh là Colin Stone, một đối tác của mẹ và bạn của gia đình.[7][8] Ông Stone là hiệu trưởng của trường "Concorde International language school",[9] trở thành người giám hộ về mặt pháp lý cho Orlando sau khi ông Harry Bloom qua đời.

Bloom lớn lên trong Nhà thờ Thanh giáo Anh.[10] Anh theo học tại The King's School Canterbury và St Edmund's School tại Canterbury, và bị mắc hội chứng khó đọc.[11] Mẹ anh khuyến khích con trai theo học các lớp kịch và nghệ thuật. Năm 1993, anh chuyển tới Luân Đôn để theo học khóa học Kịch nghệ, nhiếp ảnh, điêu khắc trong hệ thống chứng chỉ "A Level" tại "Cao đẳng Mỹ thuật ở Hampstead". Sau này anh tham gia vào "Nhà hát Thanh thiếu niên Quốc gia", dành ra hai mùa sinh hoạt tại đó và giành học bổng để chuyển tới Học viện British American Drama Academy. Bloom bắt đầu tham gia diễn xuất trên truyền hình trong loạt phim nhiều tập như Casualty và Midsomer Murders và không lâu có vai diễn đầu tay trong Wilde (1997), vai phản diện của Stephen Fry, trước khi theo học về diễn xuất tại tại "Guildhall School of Music and Drama" ở Luân Đôn.