Πολυμελή μουσικά σύνολα μαρτυρούνται σε όλους τους μουσικούς πολιτισμούς. Στη Δύση, κατά την Αναγέννηση οι οργανοπαίκτες/οργανοπαίκτριες ακολουθούσαν τη μελωδική γραμμή των αοιδών, ενισχύοντας τη φωνητική πολυφωνία. Σε χορούς, εισαγωγές και ιντερλούδια, ωστόσο, έπαιζαν και αυτόνομα. Στο θέατρο του 16ου αιώνα, δεν βρίσκονταν στον χώρο της ορχήστρας, αλλά στη σκηνή ή πίσω από τα σκηνικά. Η λεγόμενη αόρατη ορχήστρα [orchestre invisible] στη Γαλλία του Μπαρόκ ενίσχυε τη δραματική ατμόσφαιρα, ιδίως σε σκηνές μυστηρίου ή έντονης συναισθηματικής φόρτισης. Από τον 17ο αιώνα οι μουσικοί μετακινήθηκαν μπροστά από τη σκηνή, και ο όρος «ορχήστρα» συνδέθηκε σταδιακά με τον χώρο και το σύνολο των εκτελεστών/εκτελεστριών στη θεατρική πράξη και στις συναυλίες.
Πριν την καθιέρωση του όρου, χρησιμοποιούνταν άλλες ονομασίες όπως κοντσέρτο, κόρο και συμφωνία για μεγάλα σύνολα οργάνων, εντός και εκτός μουσικοθεάτρου. Η λέξη «ορχήστρα» με τη σημερινή σημασία εμφανίζεται για πρώτη φορά στη Ρώμη το 1679 και διαδίδεται στην Ευρώπη.
Η σύσταση των συνόλων δεν ήταν σαφώς καθορισμένη έως το 1597, όταν ο Giovanni Gabrielli [Τζοβάννι Γκαμπριέλλι] προσδιόρισε συγκεκριμένα όργανα στο Sacrae symphoniae. Στα μέσα του 17ου αιώνα το ελεύθερο αναγεννησιακό σύνολο αντικαθίσταται από τη μπαρόκ ορχήστρα, με έμφαση στο ηχόχρωμα των εγχόρδων. Ο Jean-Baptiste Lully [Ζαν-Μπατίστ Λυλλύ] συγκρότησε στο Παρίσι την πρώτη ορχήστρα με ενιαία ερμηνευτική πειθαρχία (Les 24 violons du roi [Τα 24 βιολιά του βασιλιά]), στην οποία προστέθηκαν αργότερα πνευστά. Η μπαρόκ ορχήστρα περιλάμβανε όργανα συνεχούς βασίμου [basso continuo] (βιολοντσέλο, φαγκότο, λαούτο, τσέμπαλο, εκκλησιαστικό όργανο), και όργανα μελωδίας (βιολί, φλάουτο, όμποε). Έκτοτε η σύστασή της τυποποιείται ανάλογα με το ιστορικό, γεωγραφικό και ρεπερτοριακό πλαίσιο. Η κλασική ορχήστρα του ύστερου 18ου αιώνα βασίστηκε στα έγχορδα (πρώτα και δεύτερα βιολιά, βιόλες, βιολοντσέλα, κοντραμπάσα) και περιελάμβανε δύο φλάουτα, δύο όμποε, δύο κλαρινέτα και δύο φαγκότα, με σταδιακό εμπλουτισμό τα επόμενα χρόνια.
Στα τέλη του 18ου αιώνα ο Ludwig van Beethoven [Λούντβιχ βαν Μπετόβεν] ενσωμάτωσε τρομπέτες, τύμπανα και αργότερα περισσότερα κόρνα, πίκκολο, φλάουτο, τρίγωνο, πιάτα και γκραν-κάσσα. Από τον 19ο αιώνα το ορχηστρικό σύνολο διευρύνεται και καθιερώνεται ο ρόλος του αρχιμουσικού, αντικαθιστώντας τον συντονισμό από τον εξάρχοντα βιολονίστα. Συνθέτες όπως ο Richard Wagner [Ρίχαρντ Βάγκνερ] έδωσαν έμφαση στα χάλκινα πνευστά.
Τον 20ό αιώνα το ρεπερτόριο εμπλουτίστηκε με έργα των Claude Debussy [Κλωντ Ντεμπυσσύ], Νικολάι Ρίμσκι-Κόρσακοφ [Nikolai Rimsky-Korsakov], Richard Strauss [Ρίχαρντ Στράους], Gustav Mahler [Γκούσταβ Μάλερ] και Ιγκόρ Στραβίνσκι [Igor Stravinsky], διευρύνοντας περαιτέρω τις δυνατότητες της ορχήστρας. Παράλληλα, αναδεικνύονται οι ορχήστρες δωματίου, ενισχύεται ο ρόλος των κρουστών και εισάγονται νέα ηχοχρώματα μέσω της ηλεκτρονικής μουσικής.
Η ορχήστρα της όπερας εξελίχθηκε παράλληλα με τη συμφωνική και διαθέτει παρόμοια όργανα. Τοποθετείται μπροστά και κάτω από τη σκηνή [pit], με περιορισμένη ορατότητα, ώστε να προβάλλεται η δράση. Από αυτήν προήλθαν τον 20ό αιώνα η ορχήστρα του μιούζικαλ και τα σύνολα των νυχτερινών κέντρων, που ενσωμάτωσαν στοιχεία τζαζ, λάτιν, ροκ και ποπ. Ορχήστρες χρησιμοποιήθηκαν και στις αναβιώσεις του αρχαίου δράματος.
Στον ελληνικό χώρο, θεατρικές ορχήστρες υπήρχαν ήδη από τον 18ο αιώνα, όπως το κερκυραϊκό Σαν Τζάκομο. Η Κρατική Ορχήστρα Αθηνών [Athens State Orchestra] ιδρύθηκε το 1942 από την ορχήστρα του Ωδείου Αθηνών, ενώ η Ορχήστρα της Εθνικής Λυρικής Σκηνής [Orchestra of the Greek National Opera] διαδραμάτισε κεντρικό ρόλο μεταπολεμικά. Μεταπολεμική είναι και η ίδρυση της Κρατικής Ορχήστρας Θεσσαλονίκης [Thessaloniki State Symphony Orchestra]. Σημαντική υπήρξε επίσης η συμβολή της Εθνικής Συμφωνικής Ορχήστρας της Ε.Ρ.Τ. [E.R.T. National Symphony Orchestra], της Ορχήστρας των Χρωμάτων [Orchestra of Colours], της Καμεράτας Ορχήστρας Φίλων της Μουσικής [Camerata Friends of Music Orchestra/Armonia Atenea] και της Φιλαρμόνιας Ορχήστρας Αθηνών [Athens Philharmonia Orchestra]. Σήμερα οι επαγγελματικές συμφωνικές ορχήστρες αριθμούν συνήθως περίπου ενενήντα μουσικούς.
