Hijo de Valentin van Orley, su padre es su primer maestro, a quien probablemente siguió Herman van den Haute. Principal artista de su tiempo en Bruselas, a partir de 1515 trabaja para la archiduquesa Margarita de Austria (1480 1530), gobernadora de Flandes. En 1518 es nombrado pintor de la corte, título que conserva bajo el mandato de su sucesora María de Hungría (1505 1558). Conocedor de la pintura renacentista italiana a través de copias de la obra de Rafael o por medio de Alberto Durero, son muchos los motivos italianizantes que incluye en su obra, aunque sin llegar a ser éstos asimilados de manera correcta. Su obra comprende lienzos de temas religiosos, así como retratos de estilo sosegado y muy meditados. A partir de 1530 se dedica principalmente al diseño de tapices y vidrieras. Entre sus obras, destaca el Retrato de Joris van Zelle (Museos Reales de Bellas Artes, Bruselas, 1519) y su Sagrada familia (Museo del Prado, Madrid, 1522).