Son père était précepteur et sa grand-mère sage-femme, elle était l’avant-dernière d’une fratrie de dix frères et sœurs.
Suite aux pogroms de 1905, elle quitta la Russie. Après un séjour en orient son frère l’aida à aller à Paris pour étudier la mode. Peu après son arrivée, elle décida de faire plutôt des études artistiques, et s’inscrivit à des cours de sculpture à l’Académie Russe de Montparnasse.
Elle se lia d’amitié avec d’autres jeunes artistes juifs, parmi lesquels Marc Chagall, Chaim Jacob Lipchitz, Amedeo Modigliani, Pascin, Chaïm Soutine et Ossip Zadkine, et en 1913 elle exposa au Salon d’automne.
En 1916, elle épousa Ary Justman, un écrivain et poète né à Varsovie. Le couple eut un fils, mais Ary mourut de la grippe lors de l’épidémie de 1919.
En 1925, elle et son fils obtiennent la nationalité française et elle reçoit la Légion d’honneur. Grâce à une bonne santé financière, elle peut se faire construire une maison-atelier, Villa Seurat dans le 14e arrondissement de Paris. C’est l’architecte Auguste Perret qui en conçoit les plans.
Elle sculpta dans ces années là les portraits d’un grand nombre de personnalités dont les architectes Pierre Chareau et Auguste Perret, les peintres Henri Matisse, Amedeo Modigliani, Pablo Picasso et Per Krohg, ainsi que des poètes Hayyim Nahman Bialik et Pierre Mac Orlan.
Elle s’enfuit en Suisse au début de la seconde guerre mondiale avec son fils et le peintre Georges Kars. Elle retourna à Paris en 1945 pour s’apercevoir que sa maison avait été saccagée et les sculptures de son atelier détruites. Elle continua néanmoins à créer, mais dans un style en rupture d’avec celui d’avant-guerre.
Chana Orloff mourut en Israël le 16 décembre 1968.
