Historia Polskiej Orkiestry Radiowej sięga lat przedwojennych, po wojnie, już w 1945 roku orkiestrę objął Stefan Rachoń, skrzypek i dyrygent, kolejno dyrektorami artystycznymi Orkiestry PR byli: Włodzimierz Kamirski, Jan Pruszak, Mieczysław Nowakowski. Za kadencji Tadeusza Strugały (1990 - 1993) orkiestra uzyskała dzisiejszą nazwę i przeniosła się do nowej siedziby – Studia Koncertowego Polskiego Radia im. Witolda Lutosławskiego. W latach 1993-2006 szefem artystycznym Polskiej Orkiestry Radiowej był Wojciech Rajski. W marcu 2007 na stanowisko dyrektora artystycznego Polskiej Orkiestry Radiowej został powołany Łukasz Borowicz, który prowadził Orkiestrę do 31 stycznia 2015. Nagrana wspólnie płyta z udziałem Dominika Połońskiego otrzymała w 2007 nagrodę Fryderyka. Sezon koncertowy 2007/2008 Polska Orkiestra Radiowa zainaugurowała koncertowym wykonaniem opery Falstaff Verdiego, a w marcu 2008 podczas 12. Wielkanocnego Festiwalu im. Ludwiga van Beethovena wykonała operę Lodoïska Cherubiniego przygotowaną pod opieką artystyczną Christy Ludwig. Obie te opery zostały wydane przez Polskie Radio na płytach kompaktowych, a nagranie Lodoïski było nominowane do nagród Midem Classical i Fryderyk. Stało się tradycją, że Polska Orkiestra Radiowa pod dyrekcją Łukasza Borowicza swoje kolejne sezony artystyczne inaugurowała koncertowym wykonaniem nieznanych lub zapomnianych oper polskich kompozytorów. I tak zostały już wykonane: Maria Romana Statkowskiego (sezon 2008/2009), Flis Moniuszki (dla uczczenia 190. rocznicy urodzin kompozytora w 2009), Monbar czyli Flibustierowie Ignacego Feliksa Dobrzyńskiego (opera przypomniana w 2010 po ponad 150 latach od premiery), Legenda Bałtyku Feliksa Nowowiejskiego (inauguracja sezonu 2011/2012), Zemsta za mur graniczny Zygmunta Noskowskiego z librettem kompozytora wg komedii Aleksandra Fredry (inauguracja sezonu 2013/2014) oraz kolejna opera Moniuszki Verbum nobile . Na płytach Polskiego Radia ukazały się Maria Statkowskiego i Monbar czyli Flibustierowie Dobrzyńskiego. Dla uczczenia 100. rocznicy urodzin i 40. rocznicy śmierci Grażyny Bacewicz zostały nagrane jej 3 koncerty skrzypcowe, z solistką Joanną Kurkowicz i Uwertura (dla wytwórni Chandos Records) oraz opera radiowa Przygoda króla Artura (wydana na CD przez Polskie Radio). Orkiestra zaprezentowała również, z międzynarodową obsadą solistów, operę Bezdomna jaskółka Szymona Laksa w oryginalnej wersji francuskiej (po raz pierwszy w Polsce) i balet Karola Rathausa Zakochany lew (2010); utwory są dostępne na CD. Nawiązana w 2008 roku współpraca z Wielkanocnym Festiwalem Ludwiga van Beethovena owocowała corocznym udziałem zespołu w cyklu prezentującym podczas koncertów mniej znane opery, które wydawane były także na płytach. Po Lodoïsce Cherubiniego zostały wykonane: Berggeist Spohra (2009), Euryanthe Webera (2010), Maria Padilla Donizettiego (2011), Miłość do trzech królów ( L’amore dei tre re ) Italo Montemezziego (2012), Simon Boccanegra Verdiego (2013) oraz Ifigenia na Taurydzie Glucka (2014). Radiowe rejestracje utworów Andrzeja Panufnika pod dyrekcją Łukasza Borowicza zostały wydane na 4 płytach wytwórni cpo, w styczniu 2015 wydanie to zostało uhonorowane International Classical Music Award (ICMA). Na rynku są dostępne płyty z wybitnymi polskimi śpiewakami - 2 z Piotrem Beczałą (Orfeo), Mariuszem Kwietniem (harmonia mundi) i z Arturem Rucińskim (Polskie Radio).
Dnia 2 lutego 2015 na stanowisko Dyrektora Artystycznego POR został powołany Michał Klauza. Pod nową dyrekcją Zespół kontynuuje dotychczasową linii programową, prezentując i nagrywając zapomniane utwory. Sezon 2015/2016 rozpoczął się wykonaniem opery Michała Kleofasa Ogińskiego Zelis i Valcour, czyli Bonaparte w Kairze, a dla Programu 2 PR zostały utrwalone utwory Grażyny Bacewicz skomponowane na zamówienie Polskiego Radia i Suite romantique Józefa Wieniawskiego. Są to premierowe nagrania tych dzieł w wersji cyfrowej. Niedzielne koncerty w Studiu im. Witolda Lutosławskiego - poza Dyrektorem Artystycznym - poprowadzili najwybitniejsi polscy dyrygenci: Jerzy Maksymiuk, Antoni Wit, Marek Pijarowski, Jose Maria Florencio. Wśród solistów znalazło się dwoje Laureatów ostatniego Konkursu Chopinowskiego - Kate Liu i Charles Richard-Hamelin.
