Orlando es un joven atractivo de dieciséis años, de familia noble, en el siglo XVI en Inglaterra. Pasa su tiempo escribiendo poesía y contemplando la naturaleza bajo la encina de su gran jardín. Un día conoce a la reina Isabel y esta, atraída por él, lo invita a Whitehall y lo nombra su tesorero y mayordomo. Sin embargo, un día ella lo sorprende besando a una chica y queda enojada con él hasta su muerte.
La sucede Jaime I. Orlando se compromete con Euphrosyna, una muchacha de la corte, pero el lazo se quiebra cuando el joven conoce a Sasha, una princesa moscovita con la que comienza una relación. Sasha engaña a Orlando con un marinero y luego vuelve a su tierra, abandonando al protagonista.
Orlando entra en un letargo de siete días, después del cual se despierta como si nada hubiera sucedido. Pasa tiempo en soledad, en la cripta familiar, y un día decide inmortalizarse por medio de su poesía. Invita entonces a su casa a Nicholas Greene, un célebre escritor y crítico. Greene se la pasa despotricando contra los escritores contemporáneos y venerando la literatura del pasado, y tras abandonar la casa de Orlando escribe una sátira sobre él. El panfleto llega a manos de Orlando, quien sufre largamente y vuelve a su soledad.
Después de un tiempo, Orlando decide volver a escribir, pero para su propio placer. Redecora su casa y comienza a dar fiestas, en las cuales, sin embargo, se la pasa encerrado en una habitación trabajando en su poema “La encina”. Un día se presenta ante él la Archiduquesa Harriet, quien intenta seducirlo, y los nervios hacen que Orlando le pida al rey que lo envíe como embajador a Constantinopla.
Allí, una noche, en una fiesta, Orlando es nombrado duque. Una sublevación interrumpe la celebración y Orlando vuelve a sumirse en un letargo de siete días. Sus sirvientes encuentran un papel que confirma el casamiento entre Orlando y Rosina Pepita, una bailarina. En la sexta noche del letargo, la Castidad, la Modestia y la Pureza se adentran en la habitación por turnos. Luego aparece la Verdad y en la mañana Orlando despierta siendo mujer. Continúa sin mostrar ninguna perturbación por el cambio. Al salir de la embajada, sube al burro de un gitano y se adentra por un tiempo en una comunidad gitana. Vive allí en paz hasta que los gitanos se inquietan por algunas costumbres de Orlando, como pasar mucho tiempo pensando. Orlando tiene una visión en la que aparece Inglaterra y decide volver a su tierra.
Recién en el barco que la lleva a Inglaterra Orlando conoce las limitaciones y los privilegios de ser una mujer en el siglo XVIII, en tanto los demás se dirigen a ella de una manera que no lo harían si no llevara un vestido. Ya de nuevo en su casa tiene la visita de la Archiduquesa Harriet, quien revela ser en verdad el Archiduque Enrique: se había hecho pasar por mujer para acercarse a Orlando, que era varón. El Archiduque le propone matrimonio a Orlando, pero esta nunca acepta. Orlando, por su parte, siente insatisfacción con su vida. Asiste a fiestas pero siempre se aburre.
Un día conoce en una fiesta de la alta sociedad al escritor Alexander Pope. Pasa días con él pero se decepciona; el hombre no es tan genial como se supondría y además no respeta el intelecto de Orlando porque es mujer. Orlando comienza a vestirse de hombre, y un día se acuesta con una prostituta llamada Nell. Cuando le revela su identidad de mujer, conversan como amigas. Entonces Orlando empieza a alternar entre vestirse de hombre o de mujer según su estado de ánimo.
Una nube cubre las islas Británicas anunciando el comienzo del siglo XIX. La sensación es de opresión y asfixia. Orlando intenta escribir pero no puede, y empieza a interiorizar la idea de que debería casarse, como el resto de las mujeres en la época victoriana. Se siente infeliz hasta que conoce a Shelmerdine, con quien se compromete de inmediato.
Pasan mucho tiempo juntos y pronto ambos se dan cuenta de que Shel es una mujer y Orlando, un hombre. El tiempo de ambos llega a su fin cuando cambia el viento y Shel, que es marino, se va a navegar de nuevo. Se casan en una ceremonia sencilla antes de que Shel se vaya.
Orlando termina su poema “La encina” y siente que alguien debería leerlo. En Londres se vuelve a encontrar a Nicholas Greene, ahora un escritor y crítico exitoso y adinerado. Él lee su poema y promete publicarlo. Orlando se siente extraña por el estatuto de la literatura, hasta que la maravilla un buque de juguete sobre un lago y corre a escribirle un telegrama a su marido. Poco después, Orlando da a luz a un hijo.
El siglo XX sorprende a Orlando por varios de sus inventos. Es ahora una mujer de 36 años que maneja su automóvil por la ciudad. En un negocio donde está de compras, comienza a tener visiones que mezclan personajes de todo su pasado. Vuelve a su casa, las imágenes se entremezclan, cae de su chaqueta “La encina”, ahora un libro muy vendido, reeditado y premiado, y piensa que la fama y el dinero nada dicen sobre su escritura. En un remolino de imágenes y sonidos, el reloj marca la medianoche del 11 de octubre de 1928.
