Początki warszawskiej orkiestry operowej wiążą się z działalnością Teatru Narodowego, prowadzonego przez Wojciecha Bogusławskiego. Zespołem operowym kierowali wówczas dwaj wybitni polscy kompozytorzy i dyrygenci: Józef Elsner i Karol Kurpiński. Kurpiński został również pierwszym dyrektorem otwartego w 1833 roku Teatru Wielkiego. Później orkiestrą kierowali między innymi: wybitny dyrygent włoski Jan Quattrini i twórca polskiej opery narodowej Stanisław Moniuszko, a od początku naszego stulecia — tej miary dyrygenci, co Emil Młynarski, Artur Rodziński czy Zdzisław Górzyński.
Po II wojnie światowej rozpoczął się żmudny proces kształtowania i stałego doskonalenia zespołu, który ostatecznie stał się najliczniejszą z polskich orkiestr operowych. Pozwala to jej podejmować różnorodne, ambitne zadania artystyczne. Zespołem kierowali i współpracowali z nim czołowi polscy dyrygenci, tacy jak: Witold Rowicki, Bohdan Wodiczko, Jan Krenz, Jerzy Semkow, Mieczysław Mierzejewski, Henryk Czyż, Antoni Wit, Jerzy Maksymiuk, Bogusław Madey, Antoni Wicherek, Robert Satanowski, Kazimierz Kord, Grzegorz Nowak, Andrzej Straszyński, Tadeusz Wojciechowski i Jacek Kaspszyk. Orkiestra występowała również wielokrotnie pod batutą znanych dyrygentów zagranicznych, takich jak: Nello Santi, Alberto Zedda, Heinz Fricke, Hans Swarowsky, Gerhard Geist, Dżansug Kachidze, George A. Albrecht, Werner Seitzer, Michael Zilm, Siegfried Köhler, Elio Boncompagni, José Maria Florencio Júnior, Tiziano Severini, Enrique Diemecke, Paul Connelly, Chikara Imamura, Marc Minkowski, Valery Gergiev.
Orkiestra odbyła szereg tournée zagranicznych ze spektaklami operowymi i baletowymi, jak również z koncertami symfonicznymi, odwiedzając m.in.: Berlin, Bonn, Bregenz, Brukselę, Bukareszt, Lizbonę, Luksemburg, Madryt, Monte Carlo, Moskwę, Paryż, Sofię, Tel-Aviv, a także kilkanaście miast w Japonii. Brała udział w festiwalach muzycznych m.in. w Xanten, Carcassonne, Salonikach i Mai Festwoche w Wiesbaden, gdzie w roku 1972 otrzymała złote pióro za wykonanie „Otella” Verdiego pod dyrekcją Jana Krenza.
Orkiestra posiada na swym koncie szereg nagrań, między innymi IX Symfonię Beethovena, II Symfonię Brahmsa, „Halkę” i „Straszny dwór” Stanisława Moniuszki, „Borysa Godunowa” Modesta Musorgskiego, fragmenty „Trubadura” Giuseppe Verdiego i „Fausta” Charlesa Gounoda i inne. Wielokrotnie występowała również z koncertami muzyki symfonicznej i oratoryjnej wykonując m.in. dzieła takich kompozytorów jak: Mozart, Rossini, Beethoven, Chopin, Brahms, Mahler.
