Les orchestrions sont développés vers la fin du 18e siècle dans divers ateliers d'horloges à flûtes et d'orgues.
De 1845 à 1848, Michael Welte, à Vörenbach, construit un instrument pour un acheteur inconnu d'Odessa. Cet instrument doit imiter toutes les voix d'un orchestre et contient près de 1100 tuyaux. Des morceaux de musique complexes sont reproduits à l'aide de cylindres. Son succès est tel qu'il parvient jusque dans les plus hauts cercles de l'aristocratie. Par la suite, les orchestrions sont construits pour divers nobles allemands, mais aussi livrés jusqu'à Saint-Pétersbourg et à Moscou.
Un orchestrion avec 39 cylindres, 15 registres et 524 tuyaux, et dont la fabrication a duré 33 mois, remporte une distinction à l'Exposition universelle de Londres en 1862. Emil Welte accompagne l'instrument à Londres et y représente non seulement l'entreprise Welte, mais aussi l'ensemble de l'industrie des horloges à flûtes de la Forêt-Noire. C'est avec cet instrument que le nom « orchestrion » s'impose dans la presse, et son image est reproduite dans de nombreux ouvrages de référence pour illustrer ce type d'instruments.
Entre 1860 et 1890, l'entreprise Welte produit au total dix types différents de grands orchestrions à cylindre.
En 1883, Emil Welte fait patenter aux Etats-Unis le système de commande des orchestrions par bandes perforées - des rouleaux de musique perforés - et en 1889/1880 le système sophistiqué des soufflets. De 1890 à la Première Guerre mondiale, l'entreprise Welte propose une impressionnante série d'orchestrions. Les petits modèles s'appellent Cottage ; petits, mais tout de même impressionnants puisque certains mesurent trois mètres. Les grands instruments portent le nom d'orchestrions Concert.
Les orchestrions réunissent les instruments les plus divers en un orchestre « qui joue tout seul ». Les mélodies sont reproduites sur un cylindre gravé ou un rouleau à musique perforé.