En 1968, Roy Wood, miembro de la banda The Move, concibió la idea de formar un nuevo grupo que fusionara rock con elementos orquestales, utilizando violines, violonchelos, metales y viento, con el objetivo de llevar la música rock a una nueva dimensión, inspirado en el legado de The Beatles. Jeff Lynne, líder de The Idle Race, compartió entusiasmo por el proyecto. Tras la salida de Carl Wayne de The Move en 1970, Lynne aceptó unirse, condicionando que el foco principal fuera el nuevo proyecto.
El 12 de julio de 1970, durante la grabación de una cara B para The Move, se incorporaron violonchelos a una canción de Lynne, dando origen a "10538 Overture", considerada la primera canción de la Electric Light Orchestra (ELO). Originalmente planeado como una transición tras el lanzamiento de Looking On, el álbum debut de ELO se retrasó y se grabó un último disco de The Move, Message from the Country, para financiar el nuevo proyecto.
El álbum homónimo The Electric Light Orchestra se lanzó en diciembre de 1971, con Roy Wood, Jeff Lynne y Bev Bevan como núcleo, acompañados por músicos de cuerdas y metales.

En Estados Unidos, se editó como No Answer por un error administrativo. "10538 Overture" fue un éxito en el Reino Unido. El concierto inaugural de ELO tuvo lugar en abril de 1972 en Croydon, con una formación ampliada.
Durante las grabaciones del segundo álbum, Wood abandonó la banda junto con otros miembros, fundando Wizzard. Lynne asumió el liderazgo, reorganizando la banda con Bevan, Tandy (que pasó al teclado), y nuevos músicos como Mike de Albuquerque y Colin Walker. El segundo álbum, ELO 2 (1973), incluyó una versión de "Roll Over Beethoven", que fue su primer éxito en Estados Unidos. La banda debutó en American Bandstand.
Durante la grabación del tercer álbum, On the Third Day (1973), hubo cambios: Mik Kaminski reemplazó al violinista despedido, y Walker se fue por cuestiones familiares. El álbum incluyó "Showdown" en su versión estadounidense. Hugh McDowell regresó como violonchelista, aunque no participó en las grabaciones.

Para el cuarto álbum, Eldorado (1974), un trabajo conceptual sobre un soñador, Lynne dejó de grabar con múltiples pistas de cuerdas y contrató a Louis Clark como arreglista orquestal. El sencillo "Can't Get It Out of My Head" fue su primer éxito entre los 10 primeros en Estados Unidos, y el álbum alcanzó el estatus de oro. Mike de Albuquerque abandonó la banda durante las sesiones, y Lynne asumió el bajo.
Kelly Groucutt fue reclutado como nuevo bajista, y Melvyn Gale reemplazó a Mike Edwards en el violonchelo en 1975. La banda consolidó su sonido más accesible y se convirtió en una atracción internacional, destacándose en programas como The Midnight Special, donde actuaron en cuatro ocasiones.

Face the Music (1975) incluyó éxitos como "Evil Woman" y "Strange Magic". El instrumental "Fire on High" fue usado como tema de CBS Sports Spectacular. La banda realizó una extensa gira por Estados Unidos en 1976.
Su sexto álbum, A New World Record (1976), fue un éxito masivo, alcanzando el top 10 en el Reino Unido y vendiendo millones. Incluyó sencillos como "Livin' Thing", "Telephone Line", "Rockaria!" y "Do Ya". La gira de apoyo se extendió hasta 1977.
En 1977, lanzaron el doble álbum Out of the Blue, multiplatino, con éxitos como "Turn to Stone", "Sweet Talkin' Woman", "Mr. Blue Sky" y "Wild West Hero". La gira mundial, conocida como The Big Night, fue la más taquillera hasta ese momento, con escenarios de nave espacial, láseres y humo. Llenaron el Wembley Arena durante ocho noches consecutivas.
En 1978, durante una gira por Australia, recibieron nueve premios de platino por Out of the Blue y A New World Record.
Discovery (1979) llegó al número uno en el Reino Unido. Aunque destacó por su influencia disco, su mayor éxito fue "Don't Bring Me Down". También tuvo éxitos como "Shine a Little Love" (número uno en R&R), "Last Train to London", "Confusion" y "The Diary of Horace Wimp". Se grabaron videos promocionales para todas las canciones.
En 1980, Lynne compuso parte de la banda sonora de Xanadu, junto a John Farrar. Aunque la película fue un fracaso, la banda sonora fue doble platino. El sencillo principal, "Xanadu", fue el único número uno de ELO en el Reino Unido. Años después, se adaptó a un musical de Broadway con éxito crítico.

En 1981, lanzaron Time, un álbum conceptual de ciencia ficción. Las cuerdas fueron reemplazadas por sintetizadores, reflejando las tendencias de la época. El álbum encabezó las listas del Reino Unido y fue platino. Incluyó sencillos como "Hold On Tight" y "Twilight", aunque algunos lanzamientos posteriores no lograron entrar en las listas, marcando una caída en Estados Unidos. La gira contó con Louis Clark y Dave Morgan.

Lynne planeó un álbum doble tras Time, pero CBS lo rechazó por costos, resultando en Secret Messages (1983), lanzado como álbum sencillo. Alcanzó el top 5 en el Reino Unido, pero no tuvo gira de apoyo. Lynne, desmotivado por la falta de público, la presión de la discográfica y su separación del mánager Don Arden, decidió disolver ELO.
Bevan se unió a Black Sabbath. Lynne se enfocó en la producción, trabajando con Dave Edmunds, los Everly Brothers y Agnetha Fältskog.

En 1984 y 1985, Lynne cumplió una obligación contractual grabando Balance of Power (1986) con Bevan, Tandy, Kaminski, Clark, Groucutt y Morgan. El álbum, dominado por sintetizadores, tuvo un sencillo moderado ("Calling America"), pero los siguientes no tuvieron éxito. La banda realizó algunas presentaciones, incluyendo American Bandstand y Heart Beat 86, donde George Harrison apareció en escena.
La última actuación fue en julio de 1986 en Stuttgart. Tras esto, ELO se disolvió sin anuncio oficial. Lynne se enfocó en producir a George Harrison y formó los Traveling Wilburys.

En 1988, Bevan intentó revivir ELO sin Lynne. Roy Wood rechazó participar. Bevan reclutó a Louis Clark y a músicos nuevos: Pete Haycock, Eric Troyer y Neil Lockwood. John Payne fue considerado pero se retiró.
Afterglow (1990) fue un éxito menor. La gira incluyó a la Orquesta Sinfónica de Moscú, pero una gira en EE.UU. fue cancelada por costos. Con cambios en la formación, Phil Bates reemplazó a Haycock en 1993.
Moment of Truth (1994) no tuvo éxito comercial. La banda continuó girando con orquestas locales. En 1995, grabaron One Night Live in Australia, lanzado posteriormente con diferentes títulos.
Bates dejó en 1999, reemplazado por Parthenon Huxley. En 2001, lanzaron No Rewind, sin gran impacto. Bevan anunció la disolución, pero en realidad vendió los derechos del nombre a Lynne, preparando una reunión.
En 2001, Lynne, Tandy y Gale se reunieron con Bevan. Se lanzó el box set Flashback. Marc Mann se unió al grupo. En 2002, lanzaron Zoom, su mayor éxito desde 1981, con sencillos como "Alright" y "In My Own Time". La gira incluyó a varios exmiembros. Fue la última con Groucutt, fallecido en 2009. La banda entró en pausa en 2003.

Entre 2002 y 2007, se reeditaron los álbumes con material inédito, incluyendo sencillos como "Surrender" y "Latitude 88 North". En 2009, se realizó un concierto tributo por Groucutt, con participación de exmiembros.

En 2010, se lanzó Live – The Early Years en DVD. En 2012, Mr. Blue Sky: The Very Best of ELO incluyó nuevas versiones y una canción inédita. En 2013, se relanzaron Zoom y Armchair Theatre con material extra.
En 2013, ELO actuó en el concierto Children in Need Rocks con la BBC Concert Orchestra.

La actuación fue un éxito, impulsada por el apoyo del DJ Chris Evans. Las entradas para su concierto en Hyde Park en 2014 se agotaron en 15 minutos. En 2015, actuaron por primera vez en los Grammy con Ed Sheeran.
Se anunció un nuevo álbum bajo el nombre Jeff Lynne's ELO. Alone in the Universe (2015) fue el primero con material nuevo desde 2001. Incluyó el sencillo "When I Was a Boy". Siguió una gira promocional y apariciones en televisión. En 2016, tocaron en Glastonbury.
En 2017, fueron incluidos en el Salón de la Fama del Rock. En 2018, se reeditó Secret Messages como álbum doble con material inédito. Se anunció una gira en 2019.
From Out of Nowhere (2019) fue su 14º álbum. La gira prevista para 2020 fue cancelada por la pandemia.
En 2024, anunciaron el Over And Out Tour, su última gira. Richard Tandy falleció en mayo de 2024. Eric Troyer regresó para reemplazarlo, y el primer concierto fue dedicado a su memoria.