La orquesta fue fundada por el gobierno de Buenos Aires como Orquesta Popular Municipal de Arte Popular en 1939. El conjunto original de 14 músicos fue organizado como la Orquesta Porteña en 1932 por el compositor de tangos Juan de Dios Filiberto, reconocido por su composición de 1926, Caminito.
El presidente Juan Perón reinstauró la agrupación como Orquesta Nacional de Música Popular en 1948, aumentando el número de integrantes a 40; Filiberto fue su director musical hasta su jubilación en 1959.
Juan de Dios Filiberto falleció en 1964; diez años después de su muerte, y en su honor, se creó la Orquesta Nacional de Música Argentina "Juan de Dios Filiberto", con sede en el Teatro Cervantes. Mantenida por la Secretaría Nacional de Cultura.
Sus 40 músicos son profesores de música en sus respectivos instrumentos. Entre los directores de la orquesta se encuentran los maestros José Rosa, Osvaldo Requena, Osvaldo Piro y, desde el año 2000, Atilio Stampone.