Дебют Блума на сцене произошёл ещё в детстве, когда он принял участие в нескольких школьных постановках. В 1993 году в возрасте шестнадцати лет актер отправился в Лондон и отыграл  два сезона на сцене Национального молодёжного театра, после чего получил грант на годовое обучение в Британско-американской академии драматического искусства.
Во время учёбы он принял участие в постановке «Прогулка в венском лесу», а также обзавелся собственным агентом.
В 1996 году Блум дебютировал на телевидении в нескольких эпизодах сериала «Несчастный случай», а в 1997 году состоялось его первое появление на киноэкране — в биографической драме «Уайльд» со Стивеном Фраем и Джудом Лоу в главных ролях. В этой картине Орландо Блуму досталась эпизодическая роль юноши-проститутки.
Настоящим пропуском в большое кино для Блума стала роль Леголаса во "Властелине колец: братство кольца" Питера Джексона (2001). Она принесла молодому актеру всемирную известность и премию «Империя» за лучший дебют.
Еще одной важной вехой в кинокарьере Орландо Блума стала роль Уилла Тернера в приключенческом фильме Гора Вербински «Пираты Карибского моря: Проклятие «Чёрной жемчужины»» (2003). Партнёрами Блума на съёмочной площадке стали Джонни Депп, сыгравший пирата Джека Воробья, Кира Найтли и Джеффри Раш. Фильм с большим успехом прошёл в кинотеатрах и собрал в мировом прокате более 650 миллионов долларов.

Пираты Карибского моря: Мертвецы не рассказывают сказки /Pirates of the Caribbean: Dead Men Tell No Tales/ 2017

В поисках огня /Digging for Fire/ 2015

Хоббит: Битва пяти воинств /The Hobbit: The Battle of the Five Armies/ 2014

Ромео и Джульетта /Romeo and Juliet/ 2014

Хоббит: Пустошь Смауга /The Hobbit: The Desolation of Smaug/ 2013

Теория заговора /Zulu/ 2013

Мушкетёры /The Three Musketeers/ 2011