Η Σ.Ο.Δ.Θ. ιδρύθηκε το 1987 με την αρχική ονομασία “Δημοτική Ορχήστρα” και πρώτο καλλιτεχνικό διευθυντή τον Κοσμά Γαλιλαία. Αποτελείται από καταξιωμένους μουσικούς και συμμετέχει δυναμικά στα μουσικά δρώμενα της πόλης με εκπαιδευτικές συναυλίες,  διεθνείς διαγωνισμούς, δικές της παραγωγές, συμπαραγωγές με άλλους φορείς και ορχήστρες, σε φεστιβάλ, συναυλίες σε όλη την Ελλάδα και το εξωτερικό. Από τον Ιούλιο του 1993 και για μια πενταετία την καλλιτεχνική διεύθυνση είχε αναλάβει ο αρχιμουσικός Δημήτρης Αγραφιώτης και στη συνέχεια μέχρι το 2005 ο αρχιμουσικός Βύρων Φιδετζής. Από το 2013 καλλιτεχνικός συντονιστής της ορχήστρας υπήρξε ο τσελίστας Χρήστος Γρίμπας. Από το 2001 μέχρι και σήμερα την θέση του μόνιμου αρχιμουσικού έχει ο Χάρης Ηλιάδης. Τον καλλιτεχνικό συντονισμό της ορχήστρας έχει αναλάβει από τον Απρίλιο του 2018 η αρχιμουσικός Λίζα Ξανθοπούλου.

Σε όλα αυτά τα χρόνια της λειτουργίας της, φιλοξένησε μεγάλους σολίστες και μαέστρους όπως οι: Δ. Σγούρος, Γ. Δεμερτζής, Λ. Καβάκος, Μ. Τιρίμος, Γ. Βακαρέλης, Γ. Λαζαρίδης, Κ. Κατσαρής, V. Repin, F. J. Sellheim, L. L. Galati, R. Moog, I. Oistrach, R. Syracuse, V. Trethiakov, K. Kelly, G. Schuller, C. Studer, Kiri Te Kanawa, Vanessa Mae κ. ά. Συμμετείχε για πολλά χρόνια  στην εναρκτήρια συναυλία των “Δημητρίων”- πολιτιστικού θεσμού της πόλης της Θεσσαλονίκης – και αποτελεί αναπόσπαστο κομμάτι του θεσμού αυτού.

Έχει συνεργαστεί επίσης με τους: Σ. Κραουνάκη, Α. Πρωτοψάλτη, Γ. Νταλάρα, Φ. Πλιάτσικα, Ε. Ρεμπούτσικα, Γλυκερία, Θ. Μικρούτσικο, Δ. Σαββόπουλο, Ε. Καραΐνδρου, Κ. Μακεδόνα, Μ. Φαραντούρη, Ε. Αρβανιτάκη, τον Γ. Γάκη και τους Troublemakers. Έχει εμφανιστεί στο Μέγαρο Μουσικής Αθηνών, στο Θέατρο Λυκαβηττού, καθώς και σε πολλές πόλεις στην Ελλάδα (Βέροια, Λάρισα, Νάουσα, Μεσολόγγι, Δράμα, Ηγουμενίτσα, Καβάλα, Σέρρες, Βόλο, Πρέβεζα, Καστοριά, Κέρκυρα κ.ά.) και στο εξωτερικό, όπως στην Αγία Πετρούπολη με την όπερα Διδώ και Αινείας, στο Αρχαίο Θέατρο της Εφέσου και  στην Κύπρο. Έχει ηχογραφήσει τις Τέσσερις Εποχές του A. Vivaldi με σολίστ τον Λ. Καβάκο και μαέστρο τον Κοσμά Γαλιλαία και την Δημιουργία του J. Haydn υπό την διεύθυνση του Βύρωνα Φιδετζή το 2000. Έχει συμπράξει σε παραστάσεις όπερας, όπως: Οι γάμοι του Φίγκαρο και Don Giovanni (Mozart), Διδώ και Αινείας (Purcell), ll Campanello di notte (Donizetti), Το Μέντιουμ (Menotti), Gianni Schicchi (Puccini), Mόμο (Άλκης Μπαλτάς), ll Trovatore (Verdi), Σαλώμη (R. Strauss), Η Νυχτερίδα (J. Strauss), Η απαγωγή από το Σεράι (Mozart), Traviata (Verdi), Carmen (Bizet), Turandot (Puccini), Ορφέας στον Άδη (Offenbach), καθώς και μπαλέτου (Η ωραία κοιμωμένη του Tchaikovsky), και σημαντικών ορατορίων όπως Τα Κατά Ματθαίoν Πάθη (Bach) και Missa Solemnis (Beethoven). Το Φεβρουάριο του 2006 παρουσίασε σε πρώτη πανελλήνια εκτέλεση την όπερα του V. Bellini Οι Πουριτανοί. Ο διάσημος Έλληνας συνθέτης και καθηγητής του Πανεπιστημίου της Βοστώνης, Θ. Αντωνίου, αναγνωρίζοντας την πολύτιμη συνεισφορά της ορχήστρας στην προβολή έργων Ελλήνων συνθετών, της αφιέρωσε την πρώτη του συμφωνία που παρουσιάστηκε στις 19 Ιανουαρίου 2003 σε πρώτη παγκόσμια εκτέλεση.

Η Σ.Ο.Δ.Θ. στηρίζει καταξιωμένους αλλά και πρωτοεμφανιζόμενους Έλληνες μουσικούς, αναπτύσσει  ισχυρό εκπαιδευτικό ρόλο για τη νέα γενιά και συμβάλλει στην ανάδειξη της πολιτιστικής ζωής του χώρας.