Sorti de l’École polytechnique en 1923, Honoré d’Estienne d’Orves s’engage dans la Marine nationale, élève officier à l’École navale. Il participe à la campagne d’application à bord du croiseur école Jeanne d’Arc.
En 1929, il épouse Éliane de Lorgeril, descendante de Louis de Lorgeril, maire de Rennes, avec qui il aura cinq enfants : Marguerite, Monique, Rose, Marc (1937-2016), comte d’Estienne d’Orves, capitaine de corvette honoraire, Philippe, comte d’Estienne d’Orves.
Il est promu Lieutenant de vaisseau en 1930. En il est embarqué à bord du croiseur lourd Duquesne, comme aide de camp de l’amiral Godfroy, commandant la Force X. Cette escadre se trouvant internée à Alexandrie lors de l’opération Catapult le 3 juillet 1940, d’Estienne d’Orves ne se satisfait pas de l’inaction à laquelle il est contraint.
En , avec plusieurs de ses camarades, il tente de rejoindre le général Legentilhomme, commandant supérieur des troupes de la Côte française des Somalis, qui a annoncé son intention de refuser l’armistice. La colonie s’étant finalement ralliée au gouvernement de Vichy en évinçant le général Legentilhomme, d’Estienne d’Orves décide, en , de rejoindre l’Angleterre.
Il parvient à Londres à la fin de septembre après un long périple autour de l’Afrique, il prend le nom de « Chateauvieux » et se présente au quartier-général du général de Gaulle. Il est affecté au 2e bureau des Forces navales françaises libres.
Le , il est envoyé en mission en France : il traverse la Manche à bord d’un petit chalutier, accompagné du quartier-maître radiotélégraphiste « Georges Marty » (un Alsacien dont le vrai nom est Alfred Gaessler). Ils débarquent à Plogoff (Pors Loubous). Installé à Nantes dans le quartier de Chantenay, il organise un réseau de renseignement en France, le réseau Nemrod. Il établit la première liaison radio entre la France occupée et Londres. Du 6 au , il est à Paris, où il séjourne entre autres chez Max André, une connaissance d’avant-guerre, qui accepte, à sa demande, de monter un réseau de renseignement dans la capitale.
À son retour à Nantes, il est trahi par Alfred Gaessler qui est en réalité un agent du contre-espionnage allemand. Il est arrêté le , ainsi que les époux Clément, chez qui il se trouvait, et, par la suite, les vingt-trois autres membres du réseau. Les accusés sont transférés à Berlin puis à Paris où, le , la cour martiale allemande condamne Estienne d’Orves à mort ainsi que huit de ses camarades qui sont transférés à Fresnes.
Les condamnés ne sont pas immédiatement exécutés. Ce sursis peut s’expliquer par la volonté du général von Stülpnagel, commandant des forces d’occupation en France, de garder des otages pour une occasion spectaculaire. Il est aussi possible qu’il ait été tenu compte de la forte émotion provoquée par la condamnation d’un officier de marine, au point de susciter l’intervention du gouvernement de Vichy auprès des autorités allemandes. L’amiral Darlan, vice-président du Conseil, intervient, le , dans le cadre de ses tractations avec les Allemands concernant les Protocoles de Paris, pour demander la grâce d’Estienne d’Orves à l’amiral Canaris, en proposant en échange la fourniture de renseignements provenant du centre d’écoutes secret des Oudaïas (Rabat), afin que les Allemands soient informés sur les mouvements de la Marine britannique et le des militaires français, proches de la Résistance, sont arrêtés, dont André Beaufre, semble-t-il (selon Loustaunau-Lacau) sur instructions de Darlan.
Le , c’est l’entrée en guerre de l’URSS et, le , le résistant communiste Pierre Georges — le futur colonel Fabien — abat de deux balles dans le dos l’aspirant d’intendance de la Kriegsmarine Alfons Moser au métro Barbès. Le lendemain, les Allemands promulguent une ordonnance transformant les prisonniers français en otages et le général von Stülpnagel profite de l’occasion pour faire un exemple. En représailles, cent otages sont exécutés dont d’Estienne d’Orves le au Mont-Valérien, en compagnie de Maurice Barlier, sous-lieutenant FFL, et de Jan Doornik, officier hollandais.
• Chevalier de la Légion d’Honneur
• Compagnon de la Libération – décret du 30 octobre 1944
• Officier du Ouissam Alaouite
• Officier de l’ordre « Pour la couronne » de Roumanie
• Officier du Mérite Militaire Bulgare
• Chevalier de l’Epi d’Or de Chine
