El 1905 Enrique Fernández Arbós n’esdevingué el director titular, càrrec que ocupà durant més de trenta anys. Fernández Arbós marcà com a objectius de l’orquestra la renovació del repertori, el suport a la música espanyola i la creació de nou públic mitjançant els Concerts Populars, criteris que en continuen regint encara avui la línia d’actuació. Succeïren Fernández Arbós C. del Campo, J.M. Franco, E. Jordá i V. Spiteri, aquest darrer del 1958 al 1977. A més dels directors estatals més importats, han estat al capdvadant de la Simfònica de Madrid P. Maag, P. Steinberg, K. Sanderling i K. Penderecki, entre d’altres. El 1981 passà a ser l’orquestra estable de totes les produccions del Teatro de la Zarzuela, i alhora recuperà la seva vocació simfònica amb una temporada a l’Auditori Nacional d’Espanya. Des del 1997 és l’orquestra del Teatro Real. L’any 1999 es recuperà la figura de director titular, càrrec que recaigué en Luis Antonio García Navarro. També es creà el de director honorari, exercit per Kurt Sanderling, i el de compositor associat, amb el nomenament de Cristóbal Halffter. Darrerament, cada temporada l’Orquestra Simfònica de Madrid tria un eix conductor per a la seva programació. Així, la temporada 2000-01 estigué dedicada a la unió entre literatura i música, i la 2001-02, a l’espiritualitat i la música. Entre els projectes per a la celebració del primer centenari l’any 2004, hi ha l’encàrrec d’obres a diferents compositors espanyols -tres obres per any-, que es començaren a estrenar la temporada 2001-02.