Sinfoniaorkesterin kehitys alkeellisesta jousiorkesterista täyteen runkoon kesti noin 200 vuotta. Uusia soittimia kehiteltiin tänä aikana enemmän kuin mitä lopulta vakiinnutettiin osaksi orkesteriperinnettä.
Orkesterisoittajien istumajärjestys on kapellimestarin eteen avautuva viuhka, joka jakautuu soitinryhmiin ja niiden sisäisiin sektioihin: jouset, puupuhaltimet, vaskipuhaltimet, lyömäsoittimet ja harppu. Täysimittaisia sinfoniaorkestereita Suomessa ovat Radion sinfoniaorkesteri, Helsingin kaupunginorkesteri ja Tampere Filharmonia.
Renessanssi ja barokki
Renessanssimusiikkia soitettiin kulloinkin käytössä olleilla soittimilla ilman osuuksien (eli stemmojen) nimeämistä tietyille soittimille. Varhaisbarokin aikaan 1600-luvun puolivälin jälkeen Italiassa tapahtui merkittävä uudistus varsinaisen orkesterin kehityksessä. Sävellysmuoto concerto grosso johti vakiintuneeseen jousisoitinrunkoon (viulu I ja II, alttoviulu, sello, kontrabasso).
Puhaltimista orkesteriin tulivat ensin oboet ja fagotit, sitten huilut. Trumpetti ja patarummut kuuluivat yhteen, mikäli jompi kumpi näistä sisällytettiin teoksen instrumentaatioon. Barokista alkaa pitkä jatkumo, jossa orkesteriin on tullut uusia soittimia oopperataiteen kautta: ilmaisua on laajennettu erilaisten elämänilmiöiden suoraan kuvailuun. Juonen ja libreton tiettyyn kohtaan on tarvittu sopiva äänikuva.
Klassismi
Sinfoniaorkesterin minimimuoto vakiintui 1700-luvun lopulla eli klassismin aikakaudella. Aikaisempaa cembaloa ei enää käytetty. Aina pareittain esiintyviin puhaltimiin tulivat mukaan käyrätorvet ja klarinetit. Pasuuna ja patarumpua eksoottisemmat lyömäsoittimet olivat lähinnä oopperaorkesterin asia, kuten jo barokin aikana. Beethovenin sinfoniatuotanto laajensi nämäkin mukaan, kuten myös pikkolohuilun ja kontrafagotin.
Romantiikasta nykypäivään
Romantiikan orkesterisäveltämiseen kuului yhä enemmän uusien sointivärien etsintä. Monien säveltäjien teokset edellyttivät jättikokoisia orkesterikokoonpanoja. Partituurissa saatettiin ilmaista jousisoittajien vähimmäismäärä. Vakiosoittimiksi tulivat tuuba, englannintorvi, bassoklarinetti, harppu, ksylofoni, putkikello, tamtam ja celesta.Nykysäveltäjät kirjoittavat orkesterimusiikkia hyvin pitkälti tähän romantiikan malliin rajoittuvalle orkesterille. On huomionarvoista, että Beethovenin yhdeksännen sinfonian kokoonpanossa on vain noin puolet joidenkin Wagnerin oopperoiden vaatimasta soitinlukumäärästä, vaikka esimerkeillä on ajallista eroa vain keskimäärin muutama vuosikymmen.
Muita kokoonpanoja
Oopperaorkesteri ei ole romantiikasta lähtien poikennut koostumukseltaan sinfoniaorkesterista. Kamariorkesteri on yleensä 10–20 jousisoittajan yhtye. Jousiorkesteri on joko sama asia tai pelkästään jousista koostuva isompi orkesteri. Pienin ja yleisin muoto on jousikvartetti, johon kuuluvat kaksi viulua, alttoviulu ja sello.
Puhallinorkesterissa ovat kaikki tavallisimmat puu- ja vaskipuhaltimet, mukaan lukien saksofonit. Big band sisältää saksofoni-, trumpetti-, pasuuna- ja komppisektiot.
Puhallinkvintetti on jousikvartetin ohella hyvin käytetty kamarimusiikkiyhtye ja samalla ylivoimaisesti yleisin puhallinyhtye: sen muodostavat huilu, oboe, klarinetti, fagotti ja käyrätorvi. Tästä johtuu se tapa, että orkesteripartituurissa käyrätorvi merkitään perusperiaatteesta (korkeimman äänialan soitin ylimpänä) poiketen lähimmäksi puupuhaltimia – siis korkeaäänisemmän trumpetin yläpuolelle.