L'Orchestre de Caen a été fondé en 1951 par Jean-Pierre Dautel, alors directeur du conservatoire. Il s'agit à l'époque d'un orchestre de chambre principalement constitué de cordes. Aujourd'hui, l'Orchestre de Caen est une formation de type "Mozart" qui réunit un effectif stable de 43 musiciens. Son répertoire s'étend de la période baroque à nos jours. Il participe chaque saison au festival Aspects des Musiques d'Aujourd'hui ainsi qu'à la saison lyrique du théâtre de Caen. Les musiciens de l'Orchestre de Caen travaillent très régulièrement en formations de musique intégrées à la programmation de la saison.
  
En 2000, Mark Foster est nommé chef principal invité de l’orchestre, succédant à Claude Bardon, Olivier Cuendet et Pascal Rophé. François-Xavier Roth assure les fonctions de chef-adjoint entre 2000 et 2003. Jean-Louis Basset est le premier chef invité à compter de la saison 2006-2007.  
En 2003, l'Orchestre de Caen et le conservatoire de Caen ont été transférés à la communauté d'agglomération Caen la mer qui regroupe actuellement 29 communes. Les missions de l'Orchestre de Caen ont été élargies à ce territoire plus vaste. En 2004, la création d'Appassionato, club d'entreprises de l'Orchestre de Caen a notamment permis le développement de nouveaux projets en direction du jeune public, des familles et des écoles de l'agglomération.