1934年2月18日フランス国営放送局専属のオーケストラとして創立された。当初の名称は、「フランス国立放送管弦楽団だった。第1回目の演奏会は1934年3月13日に初代首席指揮者デジレ=エミル・アンゲルブレシュトの指揮で行われた。
オーケストラは数多くの演奏会や放送への出演を通じてフランス国内での名声を高めた。1951年よりアンゲルブレシュトの後を継いだロザンタールはストラヴィンスキーやバルトーク、オネゲル、ミヨーなどの同時代やフランスの作品を積極的に取り上げた。1948年には6週間のアメリカ演奏旅行を行っている。
ロザンタールの後ロジェ・デゾルミエール、再びアンゲルブレシュト、そしてモーリス・ル・ルーと続いた。1968年にはシカゴ交響楽団を離れフランスに戻ったジャン・マルティノンが首席指揮者に就いた。マルティノンは自作を含むフランス音楽を数多く取り上げた。そして、レコーディングにも積極的に取り組んだ。
1974年にはセルジュ・チェルビダッケを首席指揮者に迎え同年10月にチェルビダッケの指揮、ミケランジェリのピアノ独奏で創立40周年記念のコンサートを行なった。1975年、放送局の組織が7つに分割され、ラジオ・フランスの管理・運営によって「フランス国立管弦楽団」と改称した。フランス国営放送局のもう一つのオーケストラは、フランス国立放送フィルハーモニー管弦楽団である。チェルビダッケは1シーズンで退き後任には1976年にマゼールが首席指揮者に就くが2シーズンでそのポストを離れた。1991年にシャルル・デュトワ、2002年からはクルト・マズアが音楽監督を務めている。
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