Un dels primers directors titulars de l’època fundacional fou el músic i compositor Marià Obiols, director també del Conservatori del Liceu. Fou pràctica habitual cridar directors invitats de prestigi, i han passat pel seu podi figures tan destacades com Giovanni Bottesini, Franco Faccio, Albert Coates, Richard Strauss, Igor Stravinsky, Arturo Toscanini, Georges Sebastian, Manuel de Falla, Otto Klemperer, Hans Knappertsbusch, i un llarg etcètera, sense oblidar els grans directors catalans com Joan Manén, Joan Lamote de Grignon, Jaume Pahissa, Pau Casals o Antoni Ros Marbà. Les llargues etapes empresarials de Joan Mestres Calvet (del 1914 al 1947, amb algunes interrupcions) i de J.A. Pàmias (1952-80) afavoriren la consolidació i estabilitat de l’orquestra. L’arribada del Consorci (1980) representà una reorganització i millora dels seus membres. Els darrers directors titulars han estat Uwe Mund (1987-94) i Bertrand de Billy (des del 1998), aquest amb el principal director convidat Peter Schneider i el director associat Josep Pons. En la darrera etapa hi ha hagut una major presència de l’orquestra a l’escenari del Liceu en concerts independents de les òperes i han abundat les seves gires per Espanya i la resta d’Europa.