L'Orchestra nasce nel 1990, con il nome del più bel Teatro del mondo, il capolavoro di Andrea Palladio, posto nel cuore di Vicenza e che rappresenta un'opera unica al mondo: il Teatro Olimpico. L'esperienza inizia per iniziativa del Comune di Vicenza e di alcuni musicisti vicentini; raccoglie le esperienze di altre formazioni cittadine, risalenti al 1979 e riunenisce da subito alcuni tra i migliori musicisti della città e del Veneto.

L'intento è quello di "dare" un'Orchestra a Vicenza, in gardo di qualificarsi e di rendersi riconoscibile grazie alle potenzialità artistiche di maggior valore espresse dalla città.

L'Orchestra, identificandosi nel gioiello palladiano, palcoscenico suggestivo e ambitissimo da tutti gli artisti, rende evidente la volontà di rappresentare la vita non solo musicale, ma anche culturale dell'intera città, impegnandosi a coinvolgere le varie realtà locali in diversi progetti artistici. L'Orchestra del Teatro Olimpico è dunque l'orchestra di tutta la città e di tutti i vicentini, e di questo scambio di relazioni profonde con il tessuto sociale e le sue esigenze culturali vive e si nutre la sua missione.

Vivacità e ricchezza del repertorio proposto contribuiscono alla crescita artistica dell'Orchestra, un percorso che si nutre anche del proficuo confronto con grandi nomi del concertismo internazionale: direttori e solisti vengono infatti tradizionalmente ospitati in divesri appuntamenti delle stagioni musicali dell'Orchestra.

L'OTO a sua volta, si è fatta apprezzare anche in numerose città italiane e straniere, durante le tournée in Francia, Spagna e negli Stati Uniti.

L'Orchestra rappresenta inoltre un importante sbocco artistico e professionale per gli allievi musicisti del Conservatorio "A. Pedrollo". Lo Statuto prevede infatti che i migliori allievi possano esibirsi in vari concerti dell'Orchestra.