K historicky nejdůležitějším šéfdirigentům a hudebním ředitelům orchestru patří Gustav Mahler, Arturo Toscanini, Dimitri Mitropoulos a především Leonard Bernstein, který s orchestrem vytvořil řadu ikonických nahrávek. V pozdějších dekádách vedli orchestr například Pierre Boulez, Zubin Mehta, Kurt Masur, Lorin Maazel, Alan Gilbert či Jaap van Zweden. V posledních letech orchestr často spolupracuje také s předními hostujícími dirigenty a je oznámen příchod Gustava Dudamela jako budoucího hudebního ředitele.