Het NNO is het meest veelzijdige orkest van Nederland. De programmering is verrassend en breed; van puur en onversneden klassiek tot cross-overs met andere muziekgenres. Het orkest laat graag ‘nieuwe oren’ kennismaken met symfonische muziek, bijvoorbeeld via de Pieter Roelf Jeugdconcerten en de gratis lunch- en buitenconcerten. Ook is het NNO geregeld te beluisteren op de radio. Er is een nauwe samenwerking met diverse andere kunstinstellingen, het Prins Claus Conservatorium
 en de conservatoria in Amsterdam en Den Haag.

De Britse Stefan Asbury is chef-dirigent van het orkest. Hij nam in 2011 het stokje over van Michel Tabachnik die vanaf 2005 chef-dirigent was. Vooraanstaande dirigenten als Viktor Liberman, Jean Fournet, Franz Paul Decker, Alain Lombard, Sergiu Comissiona, Richard Dufallo, Alexander Verdernikov, Susanna Mälkki en Nikolai Alexeev dirigeerden in het verleden het NNO. Tegenwoordig wordt gewerkt met dirigenten als Jan Willem de Vriend, Michael Jurowski en Stefan Vladar.

Het orkest besteedt in festivalvorm ook regelmatig aandacht aan prominente, hedendaagse internationale componisten. Zo kwamen Wolfgang Rihm (2001), Terry Riley (2002), Hans Werner Henze (2003), Arvo Pärt (2004), Sir Harrison Birtwistle (2005), Heiner Goebbels & Sofia Gubaidulina (2006), Philip Glass (2007 en 2013), Laurie Anderson (2008), Michael Nyman (2009) en Steve Vai (2010 en 2013) naar Groningen voor de uitvoering van hun muziek.

Het orkest bestaat uit zo’n 75 vaste orkestleden en wordt bij grote producties aangevuld met remplaçanten.