Historia zespołu sięga pierwszych dekad XIX wieku i muzycznej działalności we Lwowie najmłodszego syna Wolfganga Amadeusza Mozarta – Franza Ksawerego, organizatora życia muzycznego, założyciela Towarzystwa św. Cecylii, w ramach którego rozpoczęła swoją działalność symfoniczna orkiestra, towarzysząca wówczas także spektaklom operowym.

Na początku XX wieku  działała w ramach Towarzystwa Filharmonicznego, zainicjowanego przez Ludwika Hellera, ówczesnego dyrektora Lwowskiej Opery. W tym czasie występowali z nią słynni dyrygenci – Jerzy Kołaczkowski, Kazimierz Wiłkomirski i Grzegorz Fitelberg, a także muzycy tej miary, co Gustav Mahler, Richard Strauss, Ruggero Leoncavallo czy Béla Bartók, który wykonał we Lwowie swój II koncert Fortepianowy.

Po drugiej wojnie światowej z własnymi koncertami autorskimi z orkiestrą występowali znakomici kompozytorzy, wśród nich Dymitr Szostakowicz, Aram Chaczaturian i Dmitrij Kabalewski, oraz światowej sławy dyrygenci – Kirił Kondraszyn, Gennadij Rożdestwienski, a także genialni wirtuozi – Dawid Ojstrach, Światosław Richrter i Mścisław Rostropowicz.

Podczas licznych tournée po świecie, m.in. po Austrii, Chinach, Hiszpanii, Francji, Niemczech, Polsce, Szwajcarii i Włoszech, orkiestra przybliża słuchaczom bogatą spuściznę muzyki ukraińskiej. Za nagranie płytowe Franz Xaver Mozart Klavierkonzerte otrzymała nagrodę Radio Swiss Classic. W jej dorobku znajduje się ponad 20 nagrań płytowych, a także koncerty transmitowane przez szwedzkie, szwajcarskie i niemieckie stacje telewizyjne. Koncertując z orkiestrą, podczas wspólnego występu spotkali się dwaj mistrzowie współczesnej sztuki muzycznej – Krzysztof Penderecki i Myrosław Skoryk.

W 2006 roku na czele siedziby orkiestry – Narodowej Filharmonii we Lwowie, stanął znakomity dyrygent, laureat Państwowej Nagrody im. M. Łysenki – Volodymyr Syvokhip. Muzyk od roku 2017 wraz z Bohdanem Boguszewskim – dyrektorem Międzynarodowego Festiwalu Muzycznego Sacrum Non Profanum tworzą wyjątkowy artystyczny tandem, który podczas wspólnych  koncertów  popularyzuje polską i ukraińską muzykę.