13.2.1787 Wädenswil, 6.1.1849 Zurigo, riformato, di Wädenswil. Figlio di David von Orelli, editore-libraio, e di Regula Escher vom Glas. (1823) Anna Elisabetha Ganz, figlia di Heinrich Ganz, medico. Istruito inizialmente dalla madre, Johann Caspar von Orelli frequentò poi la scuola del villaggio e la scuola latina e dal 1801 il Carolinum a Zurigo. Il suo pensiero fu influenzato dai suoi insegnanti Johann Jakob Hottinger, Johann Heinrich Bremi e Johann Heinrich Pestalozzi, che ebbero un ruolo determinante nella sua successiva posizione in materia di politica educativa, incentrata su umanismo (scienze umane), realismo (scienze naturali) e democratizzazione (accesso all'istruzione per tutti i ceti sociali). Nel 1806 trascorse sei mesi nell'istituto di Pestalozzi a Yverdon e nel 1807 divenne predicatore presso la comunità riformata di Bergamo. Nel 1808 celebrò il matrimonio tra il poeta Alessandro Manzoni ed Enrichetta Blondel, figlia di un banchiere ginevrino. Dopo aver insegnato storia e lingue alla scuola cantonale di Coira (1814-1818), fu nominato professore di eloquenza al Carolinum di Zurigo (1819) e membro del Consiglio dell'educazione (1820-1839). Dal 1831 al 1849 diresse come capo bibliotecario la biblioteca cittadina di Zurigo.
Tra i fondatori della teologia liberale, basata sulla critica biblica, Orelli fu autore di uno studio sull'antichità classica e sulla pedagogia aristotelica (1819). I suoi sforzi per una formazione armoniosa di tutte le competenze individuali, per la scuola pubblica, per l'educazione nazionale e per la formazione degli insegnanti per la scuola pubblica, lo resero uno dei principali riformatori scolastici. Insistette per una visione pluralistica dell'educazione e della scuola, rifiutando sia i concetti pedagogici uniformanti, come ad esempio quelli fondati sulla religione, sia le concezioni pedagogiche pensate in termini assoluti, basate sul rispetto della natura umana. Orelli realizzò il suo progetto di un'«alta scuola» partecipando alla fondazione dell'Università di Zurigo, che fu inaugurata nel 1833 grazie al suo contributo decisivo. Professore straordinario di filologia classica (1833-1849), esercitò una grande influenza sulla creazione delle cattedre, che furono attribuite generalmente seguendo le sue proposte.
Come prolifico filologo classico, Orelli curò l'edizione di numerosi testi latini, tra cui quelli di Orazio, Persio, Plinio, Tacito e Tommaso Campanella. Tra il 1826 e il 1838 pubblicò un'edizione completa delle opere di Cicerone in sette volumi. Il suo commento a Orazio (due volumi, 1837-1838) divenne un'opera di riferimento ed ebbe numerose ristampe. Nel 1827 fu insignito del dottorato honoris causa in filosofia dell'Università di Basilea.