L’alt nivell que ha assolit en el camp de la música simfònica ha fet que compositors com ara A. Schönberg, B. Bartók, S. Rakhmaninov o J. Sibelius la triessin per a les estrenes mundials de les seves obres. El seu primer director fou Fritz Scheel, que liderà la formació fins que morí l’any 1907. El 1906 Scheel dirigí el pianista A. Rubinstein quan aquest debutà als EUA. El nou director, Carl Pohlig (1907-12), convidà S. Rakhmaninov a dirigir l’orquestra el 1909, iniciant així una llarga i fructífera col·laboració entre aquest compositor i l’Orquestra de Filadèlfia. Leopold Stokowski hi estigué al capdavant del 1912 al 1936, període durant el qual la formació estrenà la Simfonia número 3 i el Concert per a piano número 4 de S. Rakhmaninov i el Concert per a violí i orquestra d’A. Schönberg. Eugene Ormandy prengué la direcció de l’orquestra el 1936, càrrec que exercí quaranta-quatre anys, durant els quals realitzà nombroses gires arreu del món. Fou en aquesta època, sota la seva direcció, que l’orquestra assolí el virtuosisme que la caracteritza i estrenà obres com el tercer concert per a piano de B. Bartók o el Concert per a violí de S. Barber. El 1952 el càrrec de director assistent fou ocupat per W. Smith, el qual, del 1976 al 1993, fou director associat. Ormandy fou substituït per Riccardo Muti (1980), que seguí la política d’encàrrec d’obres als principals compositors contemporanis i que el 1989 creà el càrrec de compositor resident per a Bernard Rands. Muti recuperà també la tradició operística de l’orquestra, i dirigí versions concertístiques d’òperes de G. Verdi, G. Puccini o R. Leoncavallo, entre d’altres. Des del 1993 l’Orquestra de Filadèlfia té W. Sawallisch com a director musical. A més de la temporada de concerts i les gires habituals, cal destacar els concerts d’estiu iniciats els anys trenta.