Nasceu em 1501 em Castelo de Vide, filho do mercador Fernando (Isaac) de Orta e de Leonor Gomes. Os pais eram judeus espanhóis e por isso, foram expulsos do país pelos Reis Católicos (1492), refugiando-se em Castelo de Vide. Estudou nas Universidades de Salamanca e Alcalá de Henares, diplomando-se em Artes, Filosofia natural e Medicina, por volta de 1523.
Regressou a Castelo de Vide (1523) e foi dado como apto para praticar medicina em 1526, mudando-se então para Lisboa. Em Lisboa, tornou-se médico de D. João III e conheceu o grande matemático Pedro Nunes. Foi escolhido para dar conferências de Filosofia Natural na Universidade de Lisboa, e em 1533 foi eleito pelo conselho para professor da cadeira.
Embarcou para a Índia a 12 de Março de 1534 como médico pessoal de Martim Afonso de Sousa, que foi para o Oriente como capitão-mor do mar da Índia entre 1534 e 1538 e governador de 1542 a 1545. Depois de acompanhar o seu patrono durante os quatro anos em que este granjeou grande prestígio em várias campanhas militares na Índia, Orta estabeleceu-se como médico em Goa, onde adquiriu grande reputação. Aí ganhou a amizade de Luís de Camões. Graças ao seu serviço e amizade com o Vice-Rei, foi lhe doado o foro da cidade de Bombaim, então portuguesa.
Em 1541 casou com uma rica herdeira, Brianda de Solis e tiveram várias filhas. Depois do regresso de M. A. de Sousa a Portugal, Orta permaneceu na Índia como médico. Foi considerado um médico conceituado em Goa, praticando medicina no hospital e na prisão de Goa. Foi médico de figuras relevantes do meio político e social como o Sultão de Ahmadnagar, exercendo igualmente o comércio e outras actividades lucrativas. Apesar de nunca ter visitado a região do Golfo Pérsico ou de ter viajado para oriente de Ceilão, Orta contactou em Goa com comerciantes e viajantes de todas as nacionalidades e religiões
Garcia de Orta faleceu em Goa em 1568 sem nunca ter tido directamente problemas com a Inquisição, apesar de esta ter estabelecido um tribunal na Índia em 1565. Contudo, logo após a morte de Orta, a Inquisição iniciou uma feroz perseguição à sua família. A sua irmã, Catarina, foi condenada por judaísmo e queimada viva num Auto-de-Fé em Goa, em 1569. Esta perseguição culminou em 1580 com a exumação da Sé de Goa dos restos mortais do próprio médico e a sua condenação à fogueira por judaísmo.