Monteverdi écrit L'Orfeo à l'occasion de l'ouverture du Carnaval de Mantoue de l'année 1607, obéissant à une commande spécifique du fils aîné du Duc Vincenzo Gonzaga de Mantoue, dont il était maître de musique de chambre depuis 1590 et maître de chapelle depuis 1601. Le fils du Duc, Francesco, prend en charge la gestion de l'exécution de l'œuvre : dès le mois de janvier 1607, celui-ci demande à son frère Fernandino, alors établi à la Cour de Florence, d'engager un excellent chanteur castrat pour une pièce musicale destinée aux festivités du Carnaval. Il semblerait par ailleurs que le poète Alessandro Striggio ait commencé la rédaction du livret de l'opéra à la même période.

Jusqu'à présent, Monteverdi était surtout connu à la Cour pour ses livres de madrigaux et pour son ballet Les Amours de Diane et d'Endymion, composé pour le Carnaval de 1604-1605. Ainsi, L'Orfeo est le premier opéra de Monteverdi. L'opéra est en effet alors un genre poétique et musical nouveau, apparu à Florence au début du XVIIe siècle. Cette commande peut ainsi être considérée comme un exemple montrant la volonté du Duc de faire de Mantoue un centre important de l'avant-garde artistique de l'Italie du XVIIe siècle, rivalisant avec les académies et camerate de Florence ou de Rome.

L'Orfeo fut donné une première fois au sein du Palais ducal de Mantoue, dans les appartements de la sœur du Duc, Margherita Gonzaga d'Este, le 24 février 1607. Peu de sources subsistent sur la réception de l'opéra au cours de cette première représentation en comité réduit, essentiellement constituée des intellectuels de l'Académie des Invaghiti de Mantoue et de quelques privilégiés de la Cour. L'opéra est redonné le 1er mars de la même année, et manque d'être repris à l'occasion de la visite du Duc de Savoie à la Cour de Mantoue (celle-ci ayant été annulée, la troisième représentation de l'opéra est avortée). Le livret d'Alessandro Striggio est publié en 1607, mais il faut attendre 1609 pour que la musique de Monteverdi soit publiée, cette fois-ci à Venise. Une deuxième publication voit le jour à Venise en 1615, témoignant également de la circulation de l'œuvre au-delà de la Cour de Mantoue.

L'Orfeo tombe dans l'oubli dans les années 1650 suite à la mort de Monteverdi en 1643 et ne sera redécouvert qu'à la fin du XIXe siècle : une première édition critique de Robert Eitner paraît en 1881. C'est sous l'impulsion de Vincent d'Indy que l'opéra est à nouveau représenté en version concert – certes partiellement, à savoir l'acte 2, et des extraits des actes 3 et 4 – le 24 février 1904 à la Schola Cantorum de Paris. La première version scénique moderne de L'Orfeo est quant à elle donnée le 2 mai 1911 au Théâtre Réjane sous la direction de Marcel Labey. Par la suite, l'opéra investit les théâtres lyriques au cours du XXe siècle et connaît ses premières versions sur instruments d'époque après la seconde guerre mondiale, jusqu'à devenir l'un des rares opéras ayant marqué la naissance du genre à être encore joué aussi régulièrement au monde.