Già alla fine del settecento gli orchestrion sono stati sviluppati singolarmente in laboratori per orologi a flauto e organi.
Dal 1845 al 1848, Michael Welte costruisce a Vörenbach per un acquirente sconosciuto di Odessa uno strumento in grado di imitare tutte le voci di un'orchestra, composto da 1100 flauti. Brani musicali complessi vengono riprodotti con l'aiuto di un rullo dentato. Per questa invenzione ha ottenuto il riconoscimento delle cerchie più alte della società nobile. Di conseguenza, gli orchestrion non solo vengono prodotti per le case nobili in Germania, ma vengono distribuiti anche a San Pietroburgo e Mosca.
Un orchestrion con 39 rulli dentati, 15 registri e 524 canne, la cui costruzione è durata 33 mesi, riceve una premiazione alla fiera mondiale di Londra nel 1862. Emil Welte accompagna lo strumento fino a Londra e rappresenta non solo la ditta Welte, ma anche tutta l'industria degli orologi a flauto della Foresta Nera. Con questo strumento il termine «Orchestrion» si divulga nella stampa e la sua immagine funge da esempio in molte opere di consultazione per tutto il genere degli strumenti musicali.
Tra il 1860 e il 1880 la ditta Welte produce dieci tipi differenti di grandi orchestrion a rulli dentati.
Nel 1883, Emil Welte fa brevettare negli Stati Uniti il dispositivo di controllo degli orchestrion con i rulli cartacei, rulli musicali perforati, e negli anni 1889/1890 il metodo perfezionato con aria aspirata e compressa. Dal 1890 in poi fino alla Prima Guerra Mondiale la ditta Welte presenta una serie impressionante di orchestrion. I modelli minori si chiamano «Cottage Orchestrion», la cui altezza fino ai tre metri può essere imponente, e quelli più grandi si chiamano «Concert Orchestrion».
Gli orchestrion raggruppano differenti strumenti che creano un'orchestra automatica. La melodia da riprodurre è registrata su un rullo dentato oppure su un rullo musicale perforato.