13.2.1787 Wädenswil, 6.1.1849 Zürich, reformiert, von Wädenswil. Sohn des David von Orelli, Verlagsbuchhändlers, und der Regula Escher vom Glas. 1823 Anna Elisabetha Ganz, Tochter des Heinrich Ganz, Arztes. Johann Caspar von Orelli wurde von seiner Mutter unterrichtet, besuchte die Dorf- und die Lateinschule und ab 1801 das Carolinum in Zürich. Geistig geprägt wurde er durch seine Lehrer Johann Jakob Hottinger, Johann Heinrich Bremi sowie Johann Heinrich Pestalozzi, die für die Grundsätze seiner nachmaligen bildungspolitischen Position stehen, nämlich Humanismus (Geisteswissenschaften), Realismus (Naturwissenschaften) und Populismus (Zugang zur Bildung für alle Bevölkerungsschichten). 1806 verbrachte Orelli ein halbes Jahr in Pestalozzis Anstalt in Yverdon. 1807 wurde er Prediger in Bergamo, wo er 1808 die Ehe zwischen dem italienischen Dichter Alessandro Manzoni und der Genfer Bankierstochter Henriette Blondel einsegnete. 1814-1818 unterrichtete er Geschichte und Sprachen an der Kantonsschule in Chur, ab 1819 lehrte er als Professor für Eloquenz am Carolinum in Zürich und 1820-1839 sass er im Erziehungsrat. 1831-1849 leitete er als Oberbibliothekar die Stadtbibliothek Zürich.
Orelli gehörte zu den Mitbegründern der liberalen, auf Bibelkritik fussenden Theologie. Er veröffentlichte 1819 eine Studie zum klassischen Altertum und zur aristotelischen Pädagogik. Sein Wirken für eine harmonische Bildung aller Fähigkeiten des Menschen, für die Volksschule, die Nationalbildung und die Volksschullehrerbildung machten ihn zu einem führenden Schulreformer. Orelli beharrte auf einer pluralen Sicht von Erziehung und Schule, indem er sich sowohl gegen einen vereinheitlichenden, etwa religiös begründeten Erziehungsbegriff, als auch gegen absolut gedachte, auf dem Gedanken der sogenannten Naturgemässheit fussenden Erziehungskonzepte wandte. Seine Idee einer «hohen Schule» realisierte Orelli als Mitgründer der Universität Zürich, deren Eröffnung 1833 weitgehend ihm zu verdanken ist. 1833-1849 selbst ausserordentlicher Professor für klassische Philologie, hatte er grossen Einfluss auf die Einrichtung der Professuren, die meist nach seinen Vorschlägen besetzt wurden.
Als produktiver Altphilologe edierte Orelli zahlreiche lateinische Texte, unter anderem von Horaz, Persius, Platon, Plinius, Tacitus und Tommaso Campanella; 1826-1838 gab er eine vollständige Ausgabe der Werke Ciceros in sieben Bänden heraus. Orellis zweibändiger Horaz-Kommentar (1837-1838) avancierte zum Standardwerk und wurde mehrfach neu aufgelegt. 1827 ernannte ihn die Universität Basel zum Ehrendoktor der Philosophie.