Fundada per Josep Pons, Jaume Cortadellas i Lluís Vidal, a iniciativa de Fabià Puigserver, fou concebuda com a orquestra estable. A més de la funció de suport musical a les produccions del Teatre, la seva programació es fonamentava en temes monogràfics d’autors, escoles o èpoques, estructurats per temporades anuals. Constava d’un quintet de vent, un quintet de corda i trompeta, trombó, piano i percussió, i podia ampliar-se si el repertori ho requeria. Josep Pons en fou el director titular, i Lluís Vidal, el director artístic.
Debutà el 7 de novembre de 1985. En un principi, es dedicà de manera exclusiva a la música del segle XX, i la seva programació es basava en monogràfics d’autors, èpoques o escoles. No obstant això, es pot considerar que les seves línies d’actuació se centraren en tres punts principals: la revisió dels clàssics contemporanis i l’estrena d’obres encarregades, la reinterpretació de llenguatges musicals contemporanis, populars i tradicionals per adaptar-los al conjunt de cambra, i el reforç a la música escènica en les produccions del Teatre Lliure. En el seu darrer període inicià una nova via dedicada a la recuperació de música d’altres èpoques, tot oferint-ne una lectura pròpia.
Moltes de les obres programades foren presentades, dirigides o interpretades pels mateixos compositors —Joan Guinjoan, Luis de Pablo, Tomás Marco, Egberto Gismonti, George Benjamin o Carlos Miranda, entre d’altres— i a vegades es feren encàrrecs especials als compositors. L’orquestra col·laborà amb solistes de la talla de Victòria dels Àngels, S. Chilcott o Dave Liebeman,
El 1991 aparegué el seu primer enregistrament, amb música de Manuel de Falla, acollit amb entusiasme per la crítica francesa. La seva activitat discogràfica s’amplià amb monogràfics dedicats a Frederic Mompou, Robert Gerhard, Josep Soler i Luis de Pablo. El 1996 realitzà el primer enregistrament mundial de l’òpera Pepita Jiménez, d’Isaac Albéniz, en una versió preparada per Josep Soler. El 1997 aconseguí un enorme èxit internacional amb un disc dedicat al músic argentí Astor Piazzolla.
El 1997 Pons cessà com a director titular, càrrec que ocupava des de la fundació de l’orquestra, que posteriorment fou dirigida per José Ramón Encinar, Ernest Martínez i Izquierdo i Antoni Ros i Marbà.
A més de la temporada pròpia, participà en els principals festivals, tant d’àmbit estatal com internacional, i actuà a les més prestigioses sales del món. Enregistrà per a Televisió Espanyola, Televisió de Catalunya, Radio Nacional de España i Catalunya Música.
Poc després d’iniciar-se la nova etapa del Teatre Lliure al Palau de l’Agricultura de Barcelona (2001), la nova direcció donà preferència a una programació amb un fort component teatral, on no es donà cabuda a la formació musical, que cessà la seva activitat al final de la temporada 2002-03.
Rebé el Premi Nacional de música a l’intèrpret de música contemporània (1990) i el premi Ciutat de Barcelona del 1992 per la seva tasca de difusió musical.