Historia zespołu sięga 1935 r. i nierozerwalnie łączy się z osobą Grzegorza Fitelberga, któremu powierzono zadanie stworzenia pierwszej w Polsce samodzielnej radiowej orkiestry symfonicznej. Zespół zadebiutował na antenie 2 października 1935 r. i od tamtej chwili jest stale obecny na falach Polskiego Radia. Po II wojnie światowej orkiestra została reaktywowana w Katowicach, a jej odbudowę powierzono w 1945 r. Witoldowi Rowickiemu.
W kolejnych dekadach zespół sukcesywnie wzmacniał swoją międzynarodową renomę, występując w najważniejszych salach koncertowych świata i współpracując z największymi artystami naszych czasów, w tym z Leonardem Bernsteinem, Marthą Argerich czy Arturem Rubinsteinem. Prawykonania swoich utworów powierzali orkiestrze m.in. Witold Lutosławski, Wojciech Kilar, Henryk Mikołaj Górecki i Krzysztof Penderecki, a płyty NOSPR wydawane były przez renomowane wytwórnie. Na przestrzeni lat orkiestrą kierowali znakomici dyrygenci, m.in. Jan Krenz, Kazimierz Kord, Tadeusz Strugała, Jerzy Maksymiuk, Antoni Wit, Gabriel Chmura, Jacek Kaspszyk, Alexander Liebreich i Lawrence Foster.