Seit September 2012 ist der Spanier Rafael Frühbeck de Burgos ständiger Dirigent; zu ehemaligen Dirigenten zählen Gerd Albrecht, Ulf Schirmer, Leif Segerstam und Lamberto Gardelli. Die beiden Ehrendirigenten des Orchesters sind Thomas Daussgaard (erster Dirigent von 2004 bis 2011) und Herbert Blomstedt (erster Dirigent von 1967 bis 1977). Gastdirigenten des Orchesters sind Yuri Temirkanov, Michael Schönwandt und Dmitri Kitaienko. Zwei legendäre Dirigenten haben das Orchester während der ersten Jahre geformt: Fritz Busch und der Russe Nicolai Malko, dem das Orchester alle drei Jahre einen internationalen Wettbewerb für junge Dirigenten widmet, der seinen Namen führt. Mit vielen weiteren berühmte Dirigenten hat das Orchester gespielt, so mit Bruno Walter, Eugen Ormandy, Leopold Stokowski, Rafael Kubelik, Sergiu Celibidache, Kyrill Kondrashin, Yevgeny Svetlanov, Gennady Rozhdestvensky, Christoph Eschenbach und Kurt Sanderling.
