Victime des pogroms, Chana fuit l’Ukraine en 1905 pour s’installer en Palestine ; elle apprend la couture pour aider financièrement ses parents. En 1911, elle part à Paris étudier à l’École nationale des Arts décoratifs, puis prend des cours de sculpture à l’Académie russe. Des artistes, émigrés de tous les pays ou juifs persécutés comme Orloff, se regroupent dans des ateliers de Montparnasse et forment l’École de Paris qui est déterminée à rompre avec l’académisme. Elle devient l’amie de Soutine, Modigliani et Jeanne Hébuterne. Son époux meurt en 1919, après deux années de mariage et la naissance d’un fils. Orloff se réfugie en Suisse durant la Seconde Guerre mondiale ; la formation de l’État d’Israël suscite un nouvel élan dans sa carrière.
La sculptrice travaille tous les matériaux, avec une nette prédilection pour le bois au début ; elle réalise le buste de nombreuses célébrités. Son style, qui n’est pas dépourvu d’humour parfois, se caractérise par la pureté des lignes, la sobriété des formes lisses et une force qui s’affirme à travers l’œuvre.
De nombreuses expositions remportent un franc succès en France et des rétrospectives importantes sont organisées en Israël.