Orkiestra powstała w 1945 roku i od początku istnienia czerpie z bogatych tradycji muzycznych Wrocławia. Działała jako Filharmonia (1945–1949), Wrocławska Orkiestra Symfoniczna (1954–1958) oraz Państwowa Filharmonia we Wrocławiu (1958–2014), obierając za swojego patrona w 1994 roku Witolda Lutosławskiego. Od września 2015 roku siedzibą orkiestry jest Narodowe Forum Muzyki, nowoczesny gmach mieszczący cztery doskonałe akustycznie sale koncertowe w samym sercu Wrocławia. Piękny pod względem architektonicznym obiekt, zapewniający niemal nieograniczone możliwości realizacji projektów artystycznych, stał się  kolejnym impulsem do rozwoju dla orkiestry, noszącej dziś nazwę – NFM Filharmonia Wrocławska.

W latach 2006–2013 zespół współpracował z Maestro Jackiem Kaspszykiem, który przez siedem lat pełnienia funkcji dyrektora artystycznego znacząco przyczynił się do rozwoju Orkiestry. W 2013 roku do grona dyrektorów artystycznych Orkiestry dołączył młody amerykański dyrygent Benjamin Shwartz. Orkiestra współpracuje również z gronem znakomitych dyrygentów gościnnych, pośród których w nadchodzącym sezonie artystycznym znajdą się m.in.: Giovanni Antonini, Andrey Boreyko, Gabriel Chmura, Paul McCreesh, Eiji Oue, Pascal Rophé oraz Dima Slobodeniouk.

Pośród wielu nagrań, w tym również dla radia i telewizji, wyróżnić należy trwający od 2007 roku projekt fonograficzny wydania dzieł wszystkich Witolda Lutosławskiego, realizowany razem z wytwórnią CD Accord. Drugi album z serii, Witold Lutosławski. Opera omnia 02. Symfonie nr 2 i 4, nagrany pod batutą Jacka Kaspszyka, nagrodzony został Fryderykiem 2011 w kategorii Album roku muzyka symfoniczna i koncertująca. Pod dyrekcją Jacka Kaspszyka zostały nagrane także piąta i szósta część tego cyklu. W 2013 roku dyskografia Orkiestry poszerzyła się również o nagrania I Symfonii oraz Koncertu na orkiestrę Witolda Lutosławskiego poprowadzone przez legendarnego dyrygenta, Stanisława Skrowaczewskiego, a także o album z zapisem fragmentu koncertu danego przez zespół wraz z Terje Rypdalem w ramach festiwalu Jazztopad (2009). Płyta ta jest pierwszym krążkiem polskiego zespołu w katalogu prestiżowej wytwórni ECM.

Szczególne miejsce w działalności orkiestry zajmuje międzynarodowa promocja muzyki polskiej. W ostatnich latach zespół prezentował m.in. dzieła Karola Szymanowskiego, Witolda Lutosławskiego, a także Krzysztofa Pendereckiego podczas koncertów w Europie oraz w trakcie niezwykle udanej trasy koncertowej w USA w 2013 roku, podczas której orkiestrą dyrygował Jacek Kaspszyk, a jako solista towarzyszył zespołowi Garrick Ohlsson (fortepian). W kwietniu 2014 roku pod batutą Gabriela Chmury Orkiestra wykonała w Belgii dzieła Henryka Mikołaja Góreckiego oraz Witolda Lutosławskiego.

Najbliższe plany nagraniowe zespołu dotyczą prezentacji twórczości Pawła Mykietyna. Premiera albumu nagrywanego pod batutą Benjamina Shwartza planowana jest na jesień 2016 roku.