Pierwszy koncert w wykonaniu Filharmonii Warszawskiej odbył się 5 listopada 1901 w nowo wybudowanym gmachu. Orkiestrą dyrygował współzałożyciel Filharmonii, jej pierwszy dyrektor muzyczny i dyrygent Emil Młynarski, a jako solista wystąpił Ignacy Jan Paderewski. Już przed I wojną światową i w okresie międzywojennym stała się ona głównym ośrodkiem życia muzycznego w Polsce oraz jedną z ważniejszych instytucji muzycznych w Europie. 

W pierwszych latach po II wojnie światowej koncerty orkiestry odbywały się w teatrach i halach sportowych. 21 lutego 1955 nastąpiło otwarcie nowego gmachu Filharmonii przy ul. Jasnej, wzniesionego w miejscu jej wcześniejszej siedziby zniszczonej przez bomby niemieckie. W tym dniu Filharmonia Warszawska otrzymała miano Filharmonii Narodowej. Nazwa ta podkreślała status najważniejszej instytucji muzycznej w Polsce. Pod kierownictwem Witolda Rowickiego orkiestra odzyskała swój prestiż wiodącego zespołu symfonicznego w Polsce. W latach 1955–1958 funkcję dyrektora artystycznego sprawował Bohdan Wodiczko, by przekazać ją ponownie Rowickiemu. W 1977 stanowisko to objął Kazimierz Kord, a od stycznia 2002 do sierpnia 2013 funkcję dyrektora naczelnego i artystycznego Filharmonii Narodowej pełnił Antoni Wit. Od sezonu 2013/2014 stanowisko Dyrektora Artystycznego – odpowiedzialnego za rozwój zespołów, kształtowanie repertuaru i dobór artystów gościnnych – piastował Jacek Kaspszyk. Z początkiem sezonu 2019/2020 funkcję tę objął Andrzej Boreyko. 

Dziś Orkiestra Filharmonii Narodowej cieszy się popularnością i uznaniem na całym świecie. Odbyła niemal 150 tournées na pięciu kontynentach, występowała w najważniejszych salach koncertowych świata. Zespół uczestniczył również w wielu prestiżowych międzynarodowych festiwalach, m.in. w: Wiedniu, Berlinie, Pradze, Bergen, Lucernie, Montreux, Moskwie, Brukseli, Florencji, Bordeaux i Atenach, w Nantes (La Folle Journée), Bilbao, Lizbonie i Tokio. Orkiestra Filharmonii Narodowej regularnie towarzyszy finalistom Międzynarodowego Konkursu Pianistycznego im. Fryderyka Chopina, bierze udział w Międzynarodowym Festiwalu Muzyki Współczesnej „Warszawska Jesień”, Międzynarodowym Festiwalu „Chopin i jego Europa” czy Wielkanocnym Festiwalu Ludwiga van Beethovena. Nagrywa dla Polskiego Radia i Telewizji, polskich i zagranicznych firm płytowych oraz na potrzeby filmu. Dokonania Orkiestry Filharmonii Narodowej były wielokrotnie nagradzane prestiżowymi nagrodami fonograficznymi. Od 2016 Filharmonia Narodowa cyklicznie transmituje wybrane koncerty przez internet.