Orchestrien wurden vereinzelt bereits gegen Ende des 18. Jahrhunderts von Werkstätten für Flötenuhren und Orgeln entwickelt.
Von 1845 bis 1848 baute Michael Welte in Vörenbach ein Instrument für einen unbekannten Käufer in Odessa, das sämtliche Orchesterstimmen imitieren sollte und rund 1100 Pfeifen enthielt. Komplexe Musikstücke wurden dabei mit Hilfe von Stiftwalzen wiedergegeben. Es folgte Anerkennung bis in die höchsten Kreise der adeligen Gesellschaft. Orchestrien wurden in der Folge nicht nur für diverse Adelshäuser in Deutschland gefertigt sondern auch bis nach St. Petersburg und Moskau geliefert.
Ein Orchestrion mit 39 Walzen, 15 Registern und 524 Pfeifen, dessen Fertigstellung 33 Monate dauerte, gewann im Jahre 1862 an der Weltausstellung in London eine Auszeichnung. Emil Welte begleitete damals das Instrument nach London und vertrat dabei sowohl die Firma Welte als auch die gesamte Schwarzwälder Flötenuhrenindustrie. Mit diesem Instrument setzte sich die Bezeichnung „Orchestrion" in der Presse durch und sein Bild diente in zahlreichen Nachschlagewerken als Beispiel für die gesamte Instrumentengattung.
Die Firma Welte produzierte in den 1860er bis 1880er Jahren insgesamt zehn verschiedene Typen von grossen Walzenorchestrien.
1883 liess Emil Welte in den USA die Steuerung der Orchestrien durch Papierstreifen - gelochte Musikrollen - patentieren und 1889/1890 dann das verfeinerte Verfahren mit Saug- und Druckwind. Ab 1890 bis zur Zeit des Ersten Weltkriegs bot die Firma Welte eine beeindruckende Serie von Orchestrien an. Die kleineren Modelle nannten sich Cottage Orchestrien, wobei auch deren Höhe mit bis zu drei Metern recht imposant sein konnte; die grösseren Instrumente hiessen Concert Orchestrien.
Orchestrien fassen verschiedenste Instrument zu einem „selbstspielenden Orchester" zusammen; die zu spielende Melodie ist dabei auf einer Stiftwalze oder auf einer gelochten Musikrolle festgehalten.