Besökarna hade tagit en första halv ledning genom Harrison Dunk och såg inställd på att lägga till sina fem på varandra följande League Two segrar tills Palmers sena ingripande.
Det var lite mellan de två lagen i öppningen 20 minuter, även om besökarnas Luke Berry såg hans nionde-minuten kors-cum-shot gå över ansiktet på målet med ingen till hands för att tillämpa den sista touchen innan bollen sprang smalt bred av den avlägsna inlägget.
Den dödläge bröts på 21 minuter när full-back Myles Judd blockerade en Berry skott i straffområdet och bollen föll till den omärkta Dunk, som hade de enklaste chanserna att stoppa bollen i nätet.
Från och med då ställdes sällan några allvarliga frågor till de välorganiserade besökarna av deras värdar.
Uche Ikpeazu nästan fördubblade besökarnas fördel när hans insats förde en bra räddning från hemväktaren Alex Cisak. O's shot-stoppare kallades också till action dykning på full stretch för att hålla ute en fast drive av ersättande Max Clark.
Men Palmer skulle få sista ordet när Cambridge inte klarade faran och Michael Collins spelade i anfallaren, vars skott tog en avböjning innan han klämde under U's Väktare Will Norris för att ge värdarna en osannolik poäng.
Rapport från Pressföreningen.
Matchen slutar, Leyton Orient 1, Cambridge United 1.
Andra halvlek, Leyton Orient 1, Cambridge United 1.
Foul av Josh Koroma (Leyton Orienten).
Luke Berry (Cambridge United) vinner en frispark i defensiva halvan.
Substitution, Cambridge United. Joe Pigott ersätter Uche Ikpeazu.
Mål!  Leyton Orient 1, Cambridge United 1. Ollie Palmer (Leyton Orient) vänster fotade skott från mitten av lådan till mitten av målet. Hjälpt av Paul McCallum.
Michael Collins (Leyton Orient) vinner en frispark i anfallshalvan.
Foul av Uche Ikpeazu (Cambridge United).
Substitution, Cambridge United. Ben Williamson ersätter Harrison Dunk.
Hörnet, Cambridge United. Förföljd av Alex Cisak.
Paul McCallum (Leyton Orient) visas det gula kortet för en dålig foul.
Foul av Paul McCallum (Leyton Orienten).
Leon Legge (Cambridge United) vinner en frispark på vänsterflygeln.
Hörnet, Cambridge United. Förföljd av Tom Parkes.
Försök missade. Josh Koroma (Leyton Orient) höger fotade skott från utsidan lådan är nära, men missar till vänster.
Hörnet, Cambridge United. Förföljd av Gavin Massey.
Försök missade. Gavin Massey (Leyton Orient) vänster fotade skott utanför lådan missar till vänster.
Hörnet, Leyton Orient. Sammankallad av Mark Roberts.
Försök blockerat. Paul McCallum (Leyton Orient) header från mycket nära håll är blockerad.
Josh Koroma (Leyton Orient) vinner en frispark i den defensiva halvan.
Foul av Brad Halliday (Cambridge United).
Brad Halliday (Cambridge United) visas det gula kortet för en dålig foul.
Myles Judd (Leyton Orient) visas det gula kortet för en dålig foul.
Foul av Myles Judd (Leyton Orienten).
Harrison Dunk (Cambridge United) vinner en frispark i defensiva halvan.
Harrison Dunk (Cambridge United) träffar baren med en rubrik från mitten av lådan.
Foul av Ollie Palmer (Leyton Orienten).
Mark Roberts (Cambridge United) vinner en frispark i anfallshalvan.
Försöket räddades. Uche Ikpeazu (Cambridge United) höger fotade skott från utsidan boxen sparas i mitten av målet.
Substitution, Leyton Orient. Josh Koroma ersätter Sandro Semedo på grund av en skada.
Hörnet, Cambridge United. Förföljd av Alex Cisak.
Försöket räddades. Max Clark (Cambridge United) höger fotade skott från utsidan rutan sparas i nedre vänstra hörnet.
Försök blockerat. Luke Berry (Cambridge United) vänster fotade skott från mitten av lådan är blockerad.
Substitution, Cambridge United. Max Clark ersätter Conor Newton.
Foul av Nicky Hunt (Leyton Orienten).
Brad Halliday (Cambridge United) vinner en frispark i defensiva halvan.
Hörnet, Leyton Orient. Sammankallad av Leon Legge.
Försök blockerat. Ollie Palmer (Leyton Orient) höger fotade skott utanför lådan är blockerad.
Hörnet, Leyton Orient. Förföljd av Greg Taylor.
Ollie Palmer (Leyton Orient) vinner en frispark i den defensiva halvan.
Substitute Ollie Palmer räddade en punkt för Leyton Orient i stopptid när de drog med Cambridge United vid Brisbane Road.