Симфонический оркестр в Томске был создан в 1946 году одновременно с филармонией. Свою предысторию коллектив ведет с XIX века, когда в сибирском городе открылось отделение Русского музыкального общества, при котором был основан полупрофессиональный оркестр. В состав оркестра филармонии в 1946 году вошли многие музыканты, эвакуированные в годы войны или сосланные, а также выпускники музыкального училища Томска, где преподавали видные педагоги того времени. Первыми дирижерами оркестра стали Моисей Маломет и Самуил Зиссер.
В дальнейшем с коллективом сотрудничали известные дирижеры: Карл Элиасберг, Михаил Ривкин, Юрий Николаевский, Арнольд Кац, Роман Матсов, Эмин Хачатурян, Вероника Дударова, Борис Бабенко, Павел Ядых, Илмар Лапиньш, Богуслав Давидов, Владимир Понькин, Павел Овсянников, Сесар Альварес и другие. С 2018 года коллектив возглавляет Михаил Грановский.
В 1996 году оркестру Томской филармонии присвоено звание «академический».
Коллектив выступал с пианистами Львом Обориным, Яковом Заком, Яковом Флиером, Павлом Серебряковым, Виктором Мержановым, Рудольфом Керером, Львом Власенко, Владимиром Крайневым, Николаем Петровым, Дмитрием Башкировым, Викторией Постниковой, Борисом Березовским, Денисом Мацуевым, Екатериной Мечетиной, Олегом Полянским, Алексеем Набиулиным, Евгением Михайловым; скрипачами Леонидом Коганом, Игорем Безродным, Борисом Гутниковым, Игорем Ойстрахом, Эдуардом Грачом, Виктором Пикайзеном, Владимиром Спиваковым, Виктором Третьяковым, Вадимом Репиным, Сергеем Крыловым, Сергеем Догадиным, Алёной Баевой, Айленом Притчиным, Сергеем Поспеловым, Гайком Казазяном; виолончелистами Святославом Кнушевицким, Даниилом Шафраном, Мстиславом Ростроповичем, Александром Князевым, Борисом Андриановым, Александром Раммом, Денисом Шаповаловым; флейтисткой Ириной Стачинской, певцами Максимом Михайловым, Александром Огнивцевым, Александром Ведерниковым, Борисом Штоколовым, Артуром Эйзеном, Марией Биешу, Ольгой Бородиной, Ильдаром Абдразаковым, Дмитрием Корчаком, Василием Ладюком и другими исполнителями.
Репертуар коллектива охватывает всевозможные жанры и стили от произведений эпохи барокко и классицизма до композиций наших современников. На базе оркестра проходят фестивали современной музыки. Под руководством Михаила Грановского состоялись мировые и российские премьеры сочинений Андрея Тихомирова, Дмитрия Смирнова, Владимира Тарнопольского, Константина Лакина и победителя всероссийского конкурса «Другое пространство» Алексея Чернакова. Многие из них прозвучали в рамках Международного фестиваля «Классическое лето» имени Эдисона Денисова. В последние сезоны оркестр представил концертные исполнения опер «Волшебная флейта» Моцарта, «Кармен» Бизе, «Евгений Онегин» Чайковского, «Алеко» Рахманинова, «Ожидание» Таривердиева, а также премьеры опер «Ермак» Олега Проститова и «Иван солдат» Эдисона Денисова.
Коллектив дает более 70 концертов в сезон в залах Томской филармонии и на других концертных площадках региона. Его выступления составляют половину репертуарной афиши филармонии.
Оркестр гастролировал во многих городах России, а также в Великобритании, Австрии, Германии, Нидерландах, Швейцарии, Франции, Италии, Испании, Люксембурге, Польше, Китае и США. В октябре 2021 года коллектив с успехом выступил на VI Симфоническом форуме России в Екатеринбурге и Асбесте, где исполнил сочинения Глиэра, Пярта, А. Хачатуряна, Канчели.
