Bloom lahir di Canterbury, Kent. Ibunya, Sonia Constance Josephine Copeland, lahir di Calcutta, India, putri dari Betty Constance Josephine Walker and Francis John Copeland, seorang dokter dan ahli bedah;[1] . Keluarga-keluarga nenek dari ibu Bloom tersebar di Tasmania, Australia dan India, dan mereka semua orang Inggris asli, bahkan beberapa diantaranya kelahiran Kent[1]. Bloom pernah diberitahu kalau ayahnya adalah seorang pengacara Yahudi kelahiran Afrika Selatan, Harry Saul Bloom, tapi begitu beranjak dewasa dan setelah meninggalnya Harry, ibunya kemudian baru mengakui bahwa ayah biologis Bloom sebenarnya adalah Colin Stone, yang merupakan teman dari keluarganya. Sonia mengatakan kalau ia mengambil nama untuk putranya ini dari nama seorang komposer terkenal abad ke-17, Orlando Gibbons,[1]. Orlando mempunyai seorang kakak perempuan yang juga berprofesi sebagai aktor, Samantha Bloom, yang lahir pada tahun 1975.
