대전지역 문화예술 창달의 주역으로서 시민들에게 깊이 있는 음악을 들려주고 음악문화 발전에 기여하고자 설립되었다.
1981년 12월 19일대전광역시 산하의 합창연주단체로 설립되었으며, 이진봉 단장 외 65명의 단원이 있었다. 이후 1991년까지 서강복이 초대 상임지휘자로 활동을 하였고, 1992년부터 1993년 9월까지 제2대 상임지휘자 이상렬, 1993년 10월부터 1995년 5월까지 제3대 상임지휘자 허성웅을 거쳐, 1996년 12월부터 최홍기가 상임지휘자로 활동하였다. 2007년에는 독일 프랑크푸르트 음악대학 교수 출신의 빈프리트 톨을 예술감독 겸 상임지휘자로 영입하였다.
1981년 12월 23일 창단연주회를 개최한 이후, 2008년 현재까지 90여회의 정기연주회와 순회연주회, 기획연주회 등을 개최하여 대전시민의 정서 함양에 이바지하였다. 주요 연주회로는 1991년 4월 12일대전 엑스포 경축음악회, 1996년 8월 22일 ’96세계합창제, 1997년 6월 5일 4대광역시립합창단 합동공연 등을 들 수 있다.
이후 2002년에는 한·중·일 합동 창작뮤직 드라마 「실크로드」를 개최하였고, 2004년에는 「한국창작음악합창제」가 한국문화예술진흥원으로부터 우수공연작품으로 선정되었으며, 2007년에는 「교과서음악회」가 APM우수공연작품으로 선정되었다.
상임지휘자 아래 부지휘자 1인과 피아노담당 1인, 사무국장 등 4인의 스태프가 있으며, 테너, 베이스, 소프라노, 알토 등 50여명의 대원이 있다. 이들은 장애우 및 노인요양시설, 아동보육시설 등 사랑과 위로가 필요한 곳을 찾아가 공연을 하고 있다. 특히, 2005년에 창립된 (사)하모니는 대전시립합창단 관객 증원의 구심점으로서 활동하고 있으며, 이외에 600여명에 이르는 합창단 유료 정기회원이 있다.