In der 1827 gegründeten Stadt Bremerhaven trieb im 19. Jahrhundert maßgeblich der städtische Musikdirektor Heinrich Schwiefert als Leiter der Harmonie-Kapelle und Mitbegründer des Stadttheaters (1867) das instrumentale Musikleben voran. Die Übernahme der Roland-Kapelle 1906 durch Otto Albert war die Geburtsstunde des Städtischen Orchesters, das im Herbst desselben Jahres die Philharmonischen Konzerte einführte.
1911 wurde das Orchester zu einem integralen Bestandteil des neueröffneten Stadttheaters am Theodor-Heuss-Platz. Beim Nordwestdeutschen Musikfest im selben Jahr wurde u.a. Arthur Nikisch als Gastdirigent verpflichtet. Neben den Philharmonischen Konzerten, die ab 1926 in der neu errichteten Stadthalle stattfanden, spielte das Orchester Tanzmusiken und Kurkonzerte. 1929 ging das Orchester inklusive des Notenfundus als Städtisches Orchester vollständig in die Trägerschaft der Stadt über. Vor der Eröffnung des wiederaufgebauten Stadttheaters an Ostern 1952 wurde bereits 1947 die Reihe der jährlichen Sinfoniekonzertzyklen mit sechs bis acht Konzerten wieder eingerichtet. Hans Kindler leitete das Orchester von 1948 bis 1975 und erhielt 1964 den Titel des Generalmusikdirektors. Die langjährig tätigen Generalmusikdirektoren, Prof. Leo Plettner und Stefan Tetzlaff prägten das musikalische Profil des Klangkörpers.
Seit der Spielzeit 2014/2015 leitet Marc Niemann als Generalmusikdirektor das Orchester, das von nun an den Namen Philharmonisches Orchester Bremerhaven trägt. Neben dem Theaterdienst bei Opern, Operetten, Musicals und Ballettabenden spielt das Orchester jährlich acht Sinfoniekonzerte sowie zahlreiche Sonderkonzerte und betreibt ein umfangreiches Programmangebot für Kinder und Jugendliche.
2017 erhält das Philharmonische Orchester Bremerhaven eine Förderung durch das Programm Exzellente Orchesterlandschaft Deutschland der Staatsministerin für Kultur und Medien Monika Grütters.