科隆爱乐乐团的起源可以追溯到公元15世纪时成立的大大小小的教会演奏组织。从那时起，直至18世纪末，这些演奏组织一直立足科隆，演奏教堂音乐、音乐会和戏剧音乐。1827年，由一批热爱艺术的富庶市民赞助，乐团在“科隆音乐会社团”的支持下成立。自1857年起，该社团在科隆音乐厅举办“社交音乐会”、“联票音乐会”并在科隆市及其它城市举办“下莱茵地区音乐节”，这一系列音乐活动有幸得到著名音乐家费利克斯·门德尔松持棒。
此外，历史上担任乐团指挥的还有：康拉德丁·克莱采尔、海因里希·多恩、菲迪南德·希勒、弗朗茨·维尔纳和弗里兹·斯坦巴赫等。
近代和现代诸多著名指挥家和作曲家如柏辽兹、瓦格纳、威尔第、勃拉姆斯、斯特拉文斯基等皆曾定期随这支极具传统的科隆乐团登台献艺。科隆爱乐乐团有幸首演了很多传世佳作，例如勃拉姆斯的《二重奏协奏曲》(作品102号)、理查德·施特劳斯的《蒂尔的恶作剧》和《堂吉诃德》、的《第五交响曲》、马克斯·雷格的《希勒变奏曲》、贝尔恩德·阿罗伊斯·齐默尔曼的《乐队协奏曲》等。
1945年至1974年，乐团由京特·沃德持棒。他指挥的赫尔曼·阿本德罗斯和欧金·帕帕斯特的作品皆大获成功。在加强对古典浪漫保留曲目演出的同时，沃德亦重视演绎当代作曲家的作品，如保罗·欣德米特、厄恩斯特·克热内克、威拿·艾刻、奥利维埃·梅西昂、沃尔夫冈·福特纳、伯恩德·阿洛伊斯·齐默尔曼和汉斯·维尔纳·亨策等人的作品。
卡尔海因兹·施托克豪森、维托尔德·卢托斯拉夫斯基、克里斯托夫·彭德雷茨基等著名作曲家都曾定期应邀指挥乐团演奏他们本人的作品。20世纪以来与乐团合作的著名音乐家不胜枚举，其中包括:世界著名钢琴家如尤金·达’尔伯特、费鲁乔·布索尼、乌拉帝米尔霍·罗维茨、艾德温·菲舍尔、克劳迪奥·阿劳、克拉拉·哈斯基尔、威廉·巴克豪斯、瓦尔特·吉泽金、阿尔弗雷德·布伦德尔、毛里奇奥·波里尼和拉杜·鲁普等；世界著名小提琴家如罗泽夫·西盖蒂、阿道夫·布什、卡尔·弗莱什、罗尼斯瓦夫·胡伯尔曼、雅沙·海飞兹、沃尔夫冈·施奈德汉、亨瑞克·谢霖、 弗兰克·彼得齐玛曼和安妮·索菲·穆特等。1975年尤里·阿罗诺维奇开始执掌乐团，11年之后，马略克·亚诺夫斯基接任其职。1986年，新科隆爱乐音乐厅落成，自此它成为科隆爱乐乐团的驻地。1991年，詹姆斯·康伦被任命为乐团新任艺术总监后，乐团参加了一系列商业化的世界音乐会巡演。在过去的几年中，詹姆斯·康伦指挥的乐团演出的多数作品都被录制成唱片。其中EMI唱片公司出品的《Zemlinsky Cycle》获得众多国际唱片奖项，此外获奖的还有由斯皮瓦科夫担纲演奏的《20世纪小提琴协奏曲》系列以及《维克多·乌尔曼狂想曲》。2005年肖斯塔科维奇交响乐全集由米歇尔·海尔马斯持棒正式出版发行。