Orfeu Bertolami nasceu em São Paulo, Brasil, em 1959.
Licenciado em Física pela Universidade de São Paulo em 1980, obteve o mestrado no Instituto de Física Teórica em São Paulo em 1983, o Grau Avançado em Matemática em 1984 e o doutoramento em Física Teórica em 1987, respectivamente nas Universidades de Cambridge e Oxford no Reino Unido.
Desenvolveu actividades de investigação no Institut für Theoretische Physik em Heidelberg (1987 – 1989), no Centro Europeu de Investigação Nuclear (CERN) (1993 – 1995) em Genebra, na secção de Turim do Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (1994) e na Universidade de Nova Iorque (1999). Foi professor no Departamento de Física do Instituto Superior Técnico (1991 – 2010), e é actualmente Professor Catedrático no Departamento de Física e Astronomia da Faculdade de Ciências da Universidade do Porto. Publicou mais de 280 artigos científicos, em livros, jornais, actas de conferências, dos quais mais de 170 em revistas especializadas com arbitragem nas áreas da astrofísica, cosmologia, física e propulsão espacial, gravitação clássica e quântica, e em teorias de cordas quânticas. Já apresentou mais de cinco dezenas de palestras convidadas em conferências internacionais e mais de duas centenas de seminários especializados em universidades e centros de investigação na Europa, Rússia, Coreia, Japão, China, Brasil, Argentina, Chile e Estados Unidos. Tem participado em actividades de divulgação apresentando muitas dezenas de palestras sobre temas como a unificação das interacções fundamentais da natureza, o bosão de Higgs, o Big Bang, a estrutura em larga escala do Universo, as explosões de raios gama, a origem da vida, ciência e literatura, a vida e a obra de Albert Einstein e de Galileu. É autor do texto de divulgação “O Livro das Escolhas Cósmicas” (Gradiva, 2006).
Foi galardoado com o terceiro prémio da Gravity Research Foundation dos Estados Unidos em 1999, com o Prémio União Latina de Ciência em 2001, o Prémio Universidade Técnica de Lisboa/Santander Totta de excelência científica nas áreas de Biofísica e Física em 2007, e nomeado Outstanding Referee pela American Physical Society em 2013. Colabora em projectos europeus no estudo da estrutura microscópica do espaço-tempo, da física da matéria escura e de energia escura, e em problemas de física fundamental no espaço.