Fundada el 27 de Agosto de 1971 por el Maestro Enrique Bátiz Campbell, con el objeto de difundir la música sinfónica como un medio de identificación y de unión entre los mexiquenses. La Orquesta se ha distinguido por ser la única en su género que ofrece sus actuaciones en los municipios que integran el Estado de México; además ha tenido brillantes presentaciones en todos los Estados de la República y, desde luego, en el Distrito Federal, distinguiéndose por haber sido la primera Orquesta que recorrió las 16 Delegaciones Políticas de este Distrito. Varias de sus temporadas han sido presentadas en la Sala de Conciertos Nezahualcoyotl, Palacio de Bellas Artes, Auditorio Nacional, Conservatorio Nacional de Música, Alcázar del Castillo de Chapultepec, Palacio de Minería, Teatro de la Ciudad, Teatro Metropólitan y en el Anfiteatro Bolívar.
Sus temporadas regulares se han presentado, en lo que se refiere al Estado de México, en el Teatro Morelos, en la Sala Felipe Villanueva, en el Teatro de la ENEP ACATLAN y en el Foro Felipe Villanueva del Parque Naucalli, en el municipio de Neucalpan.
En el ámbito internacional, la OSEM realizó en 1975, 1979, 1980 y 1981 giras en los Estados Unidos por la ciudades más importantes de ese país. De 1983 a 1985 los destinos de la Orquesta fueron guiados por el Maestro Manuel Suárez. En 1986, el Maestro Eduardo Díaz Muñoz, tomó la batuta de la Orquesta terminando su gestión en 1989. Desde entonces Enrique Bátiz es nuevamente su director musical. Caben resaltar las series de apoyos otorgados a los jóvenes compositores, así como a los intérpretes mexicanos a través de los concursos que se han venido realizando dentro de las temporadas de la juventud a partir de 1984. Actualmente, de gran relevancia, ha sido la creación del Concurso Internacional de Violín Henryk Szeryng, que comenzó en 1992 y que en 1994 presentó su segunda edición al haberse instituido con carácter permanente. La tercera edición se celebró en 1997 con la presencia de notables jóvenes violinistas de todo el mundo.
En Agosto de 1987, la OSEM celebró el XVI Aniversario de su fundación y en esa misma fecha se abre una nueva etapa al efectuarse la inauguración de su sede definitiva: la Sala de Conciertos "Felipe Villanueva" en la ciudad de Toluca.
En lo referente a personalidades del mundo musical que han sido invitadas a dirigir la OSEM a los maestros León Barzin, Loris Techknavorian, Ulf Björling, Matthias Kuntsch, Choo-Hoey, Anton Nanut, Alexander Schwinck, Nada Matosevic, Francesco Lacecchia, Jerome Kaltenbach, Lucas Pfaff, Philippe Bender, Stanislaw Wislocki, José Iturbi, Laszlo Gati, Leonard Slatkin, Kurt Redel, Carlos Riazuelo, Kurt Rapf, Kirk Trevor, Kurt Woss, Brian Wright, Douglas Bostock, Emil Tabakov, Ionescu Galati, Michael Charry, Zivosin Zdravkovic, Jiri Waldhans, Arpad Joo, Claro Mizerit, Hans Kast, Werner Andreas Albert, Joel Levi, Rusel Stanger, Verónica Duradova, Gerald Devos, Laurent Petitgirard; a los que hay que agregar a los directores mexicanos: Eduardo Sánchez Súber, Alejandro Kahan, Enrique Padrón de Rueda, Sergio Cárdenas, Jorge Velasco, Antonio Tornero, Félix Carrasco, Hector Quintanar, José Guadalupe Flores, Enrique Barrios, Luis Herrera de la Fuente, Virgilio Valle, Francisco Savín, Armando Lavalle, Enrique A. Diemecke y Luis S. Saloma.