Orndorff firmó con la World Wrestling Federation a finales de 1983 y debutó en enero de 1984 con «Rowdy» Roddy Piper como mánager. Piper apodó a Paul Orndorff «Mr. Wonderful», apodo que ha utilizado desde entonces. Orndorff debutó en la WWF contra Salvatore Bellomo la noche en que Hulk Hogan derrotó a The Iron Sheik por el título mundial de los pesos pesados de la WWF y «nació la Hulkamanía», el 23 de enero de 1984 en el Madison Square Garden. Orndorff se convirtió en uno de los primeros aspirantes al título mundial, llegando directamente al evento principal menos de un mes después de su debut. Hogan se deshizo del retador y siguió adelante mientras Orndorff luchaba contra diversos oponentes, incluido el Campeón Intercontinental Tito Santana. Cuando Piper asaltó a Jimmy Snuka en el plató de Piper’s Pit, Orndorff (al igual que Bob Orton, Jr.) asistió al Rowdy One en sus combates. Orndorff y Piper se enfrentaron a menudo a Snuka y a «The Tonga Kid» en competiciones por equipos.
Cerca de finales de 1984, el asalto de Roddy Piper a Cyndi Lauper (kayfabe) llevó a Orndorff y Piper a un curso de colisión con Hulk Hogan y Mr. T. La disputa de Hogan con Piper también significó que Orndorff volviera a estar en el panorama de los eventos principales; derrotó a Tony Atlas en The War to Settle the Score y luego participó en el evento principal. Las consecuencias de The War to Settle the Score condujeron a la creación de WrestleMania, con Hogan y Mr. T (respaldados por Jimmy Snuka) enfrentándose a «Rowdy» Roddy Piper y Paul Orndorff en el evento principal. La interferencia de Orton al final del partido fue contraproducente cuando accidentalmente golpeó a Orndorff con el yeso de su brazo, permitiendo a Hogan inmovilizar a Orndorff y ganar el partido para su equipo. Culpando a Orndorff por la derrota, Piper y Orton lo atacaron en el primer episodio de Saturday Night’s Main Event. Más tarde en la noche, Orndorff corrió al ring para igualar los bandos cuando Piper y Orton se preparaban para hacer un doble equipo con Hulk Hogan. Poco después, Orndorff consolidó su estatus de babyface al despedir públicamente a su mánager Bobby Heenan.
Orndorff y Hogan empezaron a formar equipo para luchar contra Piper y Orton, enfrentándose a ellos en competiciones de tag team por todo el país. La disputa de Orndorff con Piper y Orton continuó mientras Hogan empezó a defender su título contra otros contendientes; Orndorff se enfrentó tanto a Orton como a Piper en competiciones individuales, normalmente sin un resultado concluyente. Tras despedir a Bobby Heenan como su mánager, el Cerebro puso una recompensa de 25.000 dólares por Orndorff, pagadera a cualquiera que pudiera lesionarlo. Cuando nadie lo consiguió, Heenan aumentó la recompensa a 50.000 dólares. Uno de los primeros hombres en intentar reclamar la nueva y mayor prima fue el propio Roddy Piper, pero sus enfrentamientos se descontrolaron tanto que Bruno Sammartino fue nombrado árbitro especial con la esperanza de mantener la paz. En lugar de mantener la paz, Sammartino se convirtió en un objetivo para Orton y Piper, lo que llevó a Orndorff y Sammartino a formar equipo. Orndorff hizo equipo con una variedad de oponentes en sus luchas con Piper y Orton, incluyendo a André el Gigante. En febrero de 1986, Bobby Heenan aprovechó un combate entre Hulk Hogan y Don Muraco para que King Kong Bundy atacara a Hogan, preparando su combate en WrestleMania 2. Mientras Hogan luchaba contra Bundy, Orndorff se enfrentaba a Don Muraco en un combate que terminó con una doble cuenta de salida.
Las frustraciones de Orndorff se vieron alimentadas por Adrian Adonis, que aprovechó cada oportunidad que pudo para burlarse de Orndorff (incluso refiriéndose a él como «Hulk Jr.»), diciendo que se había ablandado por hacer equipo con Hogan. Adonis siguió irritando a Orndorff, llegando incluso a retar a Paul Orndorff a demostrar lo estrecha que era su relación con Hulk Hogan. Durante una llamada telefónica televisada a Hulk Hogan, se le dijo a Orndorff que Hogan estaba demasiado ocupado entrenando para acudir al teléfono, algo que agravó a Orndorff en extremo. La siguiente vez que Hogan y Orndorff formaron equipo, contra los Moondogs, Orndorff luchó la mayor parte del combate solo en un intento de eclipsar a Hogan, consiguiendo el pin ganador. La semana siguiente, durante un combate de parejas en el que Hogan y Orndorff se enfrentaban al enorme dúo formado por Big John Studd y King Kong Bundy, Hogan y Orndorff chocaron accidentalmente y Hogan derribó a Orndorff de la plataforma. Cuando Studd y Bundy empezaron a hacer doble equipo con Hogan, Orndorff no ayudó; parecía que se había herido el ojo en la colisión. No fue hasta que Studd y Bundy tuvieron a Hogan en una posición comprometida que Orndorff volvió a entrar en el ring para defenderse de Studd y Bundy. Orndorff entonces ayudó a Hogan a ponerse de pie y levantó su mano en el aire y le dio a Hogan un clothesline seguido de un piledriver.
Orndorff pronto se reunió con el mánager Bobby Heenan y una vez más se enfrentó a Hulk Hogan, incluyendo un memorable combate al aire libre en Toronto que atrajo a unos 76.000 aficionados. Tras una serie de combates sin resultado limpio, se decidió que Hogan y Orndorff se enfrentarían en una jaula de acero en el Main Event de Saturday Night. En el combate en la jaula se vio a Orndorff y a Hogan trepar por la parte superior de la jaula y tocar el suelo al mismo tiempo. Después de revisar las imágenes se decidió que era un empate y se reinició el combate. Una vez reanudado el combate, Hogan salió fácilmente de la jaula para ganar el combate tras una caída de pierna, poniendo fin a su disputa. Su disputa de medio año es una de las más notables (y rentables) en la historia de la lucha libre profesional.
Durante el feudo de Hogan, Orndorff se lesionó gravemente el brazo derecho en un accidente de levantamiento de pesas. Debido a que estaba en medio de su gran carrera de dinero con Hogan, no quiso tomarse el tiempo libre para tener la cirugía para tratarla adecuadamente, optando en su lugar por seguir luchando. Una vez finalizado el programa con Hogan, Orndorff trabajó con un horario reducido durante unos meses antes de verse obligado a tomarse un tiempo libre debido a la lesión. Mientras Orndorff estaba fuera de la WWF, Bobby Heenan trajo a un nuevo hombre «Ravishing» Rick Rude para tomar el lugar de Orndorff en la Familia Heenan. Orndorff regresó al ring específicamente para despedir a Bobby Heenan y para enemistarse con Rick Rude. Orndorff tomó a Oliver Humperdink como su manager en su lucha con Rude y Heenan. La última «gran» aparición de Orndorff fue en la edición inaugural de Survivor Series el 26 de noviembre de 1987, donde formó equipo con Hulk Hogan, Bam Bam Bigelow, Ken Patera y Don Muraco para enfrentarse a André el Gigante, One Man Gang, King Kong Bundy, Rick Rude y Butch Reed. Al principio del combate, Rude eliminó a Orndorff con un roll-up.
Como resultado de la lesión de levantamiento de pesas y el hecho de que Orndorff nunca se sometió a una cirugía para corregir la lesión, su brazo derecho es visiblemente más pequeño y menos musculoso que el izquierdo.
Paul Orndorff se retiró a principios de 1988 debido a su lesión en el brazo y se centró en la gestión de su bolera en Fayetteville. Durante el tiempo que estuvo alejado del deporte, se informó de que había muerto; la historia apareció en varios periódicos. El tiempo de descanso se debió a la lesión en el brazo/cuello que sufrió durante el feudo de Hogan y que dejó sin tratar durante demasiado tiempo. Con el tiempo de descanso, Orndorff se recuperó y empezó a hacer ejercicio, restableciendo el físico que le valió el apodo de «Mr. Wonderful» en primer lugar. La única diferencia era que su brazo derecho era notablemente más pequeño y estaba debilitado debido a una lesión en el cuello que le causó daños en los nervios y, finalmente, la atrofia de su bíceps derecho.
En 1990 Orndorff regresó al círculo cuadrado, luchando en una serie de combates contra Kerry Von Erich en el circuito independiente. En la primavera de 1990 Orndorff firmó con World Championship Wrestling, debutando como miembro de un grupo llamado «Dudes with Attitudes» formado por él mismo, Sting, Lex Luger, Junkyard Dog y los Steiner Brothers. Los Dudes apoyaron a Sting en su lucha con los Four Horsemen. En Clash of the Champions XI Orndorff derrotó a Arn Anderson y en el Great American Bash de 1990, Orndorff se asoció con Junkyard Dog y El Gigante para derrotar a Arn Anderson, Barry Windham y Sid Vicious por descalificación. Orndorff permaneció en la WCW hasta el otoño de 1990.
Orndorff regresó a la WCW a finales de 1992. En enero de 1993 se enfrentó a Cactus Jack, siendo el ganador el sustituto elegido por el mánager Harley Race para un Rick Rude lesionado en el Clash of the Champions. Race asistió a Orndorff en el combate y rápidamente se le unió Vader en su ataque a Cactus Jack. Después del combate, Race declaró que Paul Orndorff era su hombre elegido. Orndorff fue vencido por Cactus Jack en un combate posterior en la Cúpula del Trueno; ambos mantuvieron una intensa disputa que incluyó un combate a cuenta gotas en SuperBrawl III, que ganó Cactus Jack.
Después de que la disputa con Cactus se enfriara, «Mr. Wonderful» puso sus miras en el vacante Campeonato Mundial de Televisión de la WCW. Orndorff se inscribió en un torneo de 16 hombres venciendo a 2 Cold Scorpio, Cactus Jack, Johnny B. Badd y luego a Erik Watts en la final para ganar su primer título de la WCW. Orndorff, el campeón de televisión, y Rick Rude, el campeón de los Estados Unidos, comenzaron a hacer equipo de forma regular, incluyendo una victoria en PPV sobre Dustin Rhodes y Kensuke Sasaki en Slamboree. Durante este tiempo Orndorff también rechazó los desafíos de, entre otros, Ron Simmons y Marcus Alexander Bagwell, aferrándose a su título de Televisión por cualquier medio. Orndorff derrotó a Bagwell de forma polémica, utilizando la segunda cuerda para hacer palanca durante el pinfall. Los dos pasarían a disputar el WCW World Tag Team Title. El reinado de Orndorff por el título mundial de televisión también incluyó una derrota por descalificación ante Johnny B Badd, después de que Maxx Payne interfiriera violentamente. Esto llevó a una breve alianza de seis hombres entre Orndorff, Payne y Chris Benoit. El 18 de agosto de 1993, la suerte de Orndorff se acabó cuando Ricky Steamboat ganó el título en Clash of the Champions XXIV. Después de desafiar sin éxito a Ricky Steamboat durante todo el otoño y el invierno de 1993, era el momento de cambiar de aires.
Después de que Orndorff se retirara, comenzó a dirigir WCW Power Plant, donde entrenó a varios luchadores, incluyendo a los Natural Born Thrillers. Tuvo un breve papel en la pantalla durante este tiempo en los Old Age Outlaws con Terry Funk, Arn Anderson, y Larry Zbyszko para hacer un feudo con la última encarnación de WCW del nWo.
El 3 de febrero de 2005, Orndorff fue anunciado como uno de los inducidos para la Clase de 2005 en el Salón de la Fama de la WWE. Fue inducido el 2 de abril en el Universal Amphitheatre de Los Ángeles, California, por Bobby «The Brain» Heenan. Más tarde en la noche, durante la inducción de Hulk Hogan, Orndorff fue visto claramente no aplaudir cuando Hogan subió al escenario.