NOSPR pełni rolę ambasadora kulturalnego, reprezentującego kraj na międzynarodowej scenie muzycznej. Orkiestra współpracowała z gronem największych kompozytorów drugiej połowy XX wieku – Witoldem Lutosławskim, Henrykiem Mikołajem Góreckim i Krzysztofem Pendereckim – prezentując pierwsze wykonania ich dzieł.
Zespół utworzył w 1935 roku w Warszawie i prowadził do wybuchu II wojny światowej Grzegorz Fitelberg. W roku 1945 orkiestrę reaktywował w Katowicach Witold Rowicki. W 1947 roku dyrekcję artystyczną objął ponownie Fitelberg. Po jego śmierci (1953) zespołem kierowali kolejno Jan Krenz, Bohdan Wodiczko, Kazimierz Kord, Tadeusz Strugała, Jerzy Maksymiuk, Stanisław Wisłocki, Jacek Kaspszyk, Antoni Wit, Gabriel Chmura i ponownie Jacek Kaspszyk. We wrześniu 2000 roku dyrektorem naczelnym i programowym orkiestry została Joanna Wnuk-Nazarowa. W sierpniu 2012 roku funkcję dyrektora artystycznego i pierwszego dyrygenta objął Alexander Liebreich.
Prócz nagrań archiwalnych dla Polskiego Radia orkiestra zrealizowała ponad 200 płyt CD dla wielu renomowanych wytwórni (m.in. Decca, EMI, Philips, Chandos, Naxos). Za dokonania fonograficzne zespół wyróżniony został licznymi nagrodami, m.in. Diapason d’Or i Grand Prix du Disque de la Nouvelle Académie du Disque, Cannes Classical Award, MIDEM Classical Award. W 2017 roku nagranie płytowe Szymanowski, Lutosławski – dokonane przez NOSPR pod batutą Alexandra Liebreicha, z udziałem Gautiera Capuçona – zostało uhonorowane International Classical Music Award; jest to trzeci album serii z muzyką polską klasyków XX wieku.
Orkiestra występowała z wieloma znakomitymi dyrygentami i solistami na całym świecie. Zrealizowała szereg projektów, które spotkały się z entuzjastycznym przyjęciem międzynarodowej krytyki, m.in. Maraton twórczości Henryka Mikołaja Góreckiego, Pociąg do muzyki Kilara czy Muzyczna podróż morska. Od 2005 roku NOSPR jest organizatorem biennale – Festiwalu Prawykonań Polska Muzyka Najnowsza, którego 7. edycja była nominowana do nagrody Koryfeusz Muzyki Polskiej 2017 w kategorii Muzyczne Wydarzenie Roku.