Początki zespołu sięgają roku 1945, kiedy Stefan Rachoń powołał do życia Orkiestrę Polskiego Radia, przez trzydzieści lat specjalizującą się w muzyce rozrywkowej, wykonywanej głównie na potrzeby Polskiego Radia i Telewizji.

Od 1976 roku orkiestra zaczęła zmieniać swój profil muzyczny - kolejni dyrygenci i dyrektorzy artystyczni (Włodzimierz Kamirski, Jan Pruszak, Mieczysław Nowakowski, Tadeusz Strugała) wprowadzali nowy, ambitny repertuar przekształcając zespół, specjalizujący się wcześniej w muzyce popularnej w orkiestrę symfoniczną. Za kadencji Tadeusza Strugały (1990-1993) orkiestra uzyskała dzisiejszą nazwę i przeniosła się z niezbyt wygodnego studia M-1 przy ul. Myśliwieckiej do nowej siedziby przy ul. Woronicza. Zaczęła nagrywać i występować w nowej sali koncertowej Polskiego Radia, która wkrótce uzyskała zaszczytne miano Studia im. Witolda Lutosławskiego, uznawanej przez wielu specjalistów jako jeden z obiektów o najlepszej akustyce w Europie, wyposażony w nowoczesny sprzęt do nagrań i transmisji koncertów na antenie radiowej.

W latach 1993-2006 szefem artystycznym Polskiej Orkiestry Radiowej był Wojciech Rajski. Obejmując tę funkcję odnowił zespół organizując specjalne przesłuchania i egzaminy, w efekcie których zaangażował wielu młodych, pełnych entuzjazmu muzyków. Do codziennych obowiązków orkiestry należą nagrania archiwalne dla Polskiego Radia oraz koncerty publiczne w Studiu.

Polska Orkiestra Radiowa odbyła wiele tras koncertowych, w ostatnich sezonach goszcząc m.in. we Francji, Szwajcarii, Szwecji, Holandii, Austrii, Hiszpanii, Włoszech, Niemczech i Czechach, występując między innymi w takich salach jak La Scala w Mediolanie, w Audytorium Lingotto w Turynie, w sali Concertgebouw w Amsterdamie, w Liederhalle w Stuttgarcie, w Alte Oper we Frankfurcie, w Meistersingerhalle w Norymberdze, w sali tronowej Zamku Królewskiego w Sztokholmie, a także w wielu innych znakomitych, renomowanych salach koncertowych Europy

Polska Orkiestra Radiowa brała udział w wydarzeniach promujących kulturę polską, zarówno w kraju jak i zagranicą - w sali Ratusza w Sztokholmie inaugurowała obchody Roku Polskiego w Szwecji, z okazji 10-lecia nawiązania stosunków dyplomatycznych pomiędzy Polską a Litwą dwukrotnie koncertowała w sali Filharmonii Wileńskiej, w dniu Święta Narodowego 11 listopada 2002 roku występowała w Operze Lwowskiej, w jej wykonaniu zabrzmiały utwory Wojciecha Kilara podczas wręczenia kompozytorowi "Złotego Berła" - nagrody Fundacji Kultury Polskiej i podczas Gali Koncertowej na Targach Muzycznych Midem w Cannes. W listopadzie 2004 roku w Theatre Silvia Monfort w Paryżu brała udział w realizacji prapremiery opery Zygmuinta Krauzego Iwona, księżniczka Burgunda (wykonanie estradowe; wersja sceniczna miała miejsce w Teatrze Narodowym w Warszawie 29 września 2006). Dnia 3 października 2005 roku w Theatre Royal de la Monnaie w Brukseli pod dyrekcją Wojciecha Rajskiego brała udział w koncercie galowym "Dziękujemy Europie" podsumowującym obchody 25-lecia powstania "Solidarności".

Repertuar Polskiej Orkiestry Radiowej wciąż rozszerza się, co znajduje odzwierciedlenie w wydawnictwach płytowych Polskiego Radia oraz tak znanych firm jak EMI Classic, KOCH i Olympia. Orkiestra nagrywa również muzykę filmową, koncertowała pod dyrekcją Maurice Jarre, Michaela Kamena, Ennio Morricone i Michela Legranda.

W marcu 2007 na stanowisko dyrektora artystycznego Polskiej Orkiestry Radiowej został powołany Łukasz Borowicz.
Źródło: Polskie Centrum Informacji Muzycznej, Związek Kompozytorów Polskich, styczeń 2002; aktualizacja: wrzesień 2007