Schon 1334 wird erstmals eine Orgel in St. Stephan erwähnt, die wohl 1513 auf den prächtigen Orgelfuß von Meister Anton Pilgram verlegt wurde. Im Jahr 1507 schuf der Bozener Meister Burchhard Tischlinger seine "große" Orgel auf dem Balkon über dem Füchselbaldachin neben der großen Sakristei, das damals wohl berühmteste Orgelwerk des Domes.

Im Zuge der Barockisierung des Domes wurden im Jahr 1701 die von dem kaiserlichen Orgelbauer Ferdinand Römer errichtete zehnregistrige Chororgel über dem alten Chorgestühl sowie 1720 die große Römerorgel mit 32 Registern auf der Westempore geschaffen. 1797 wurden die beiden ältesten Orgeln abgetragen und die große Orgel auf der Westempore auf 41 Register vergrößert.

1886 schuf Friedrich Walcker aus Ludwigsburg hinter dem Römer-Prospekt seine berühmte "Riesenorgel" (benannt nach dem unterhalb der Westempore gelegenen sogenannten "Riesentor") mit 90 Registern, die 1945 beim Brand des Domes ein Raub der Flammen wurde. Die "kleine Schwester" der wertvollen Walcker-Orgel ist heute noch in der Wiener Votivkirche zu hören.

Nach dem Brand des Domes im Jahr 1945 schuf der Wiener Orgelbauer Johann Marcellinus Kauffmann 1948/52 eine elektrische Chororgel sowie 1956-60 eine große Orgel auf der Westempore mit 4 Manualen, 125 Registern und rund 10.000 Pfeifen. Bereits zu ihrer Entstehungszeit war sie eine der letzten noch mit elektrischen Kegelladen gebauten Orgeln. Der Prospekt der Orgel zählt heute noch zu den bemerkenswertesten Freipfeifenprospekten der Welt. Das Instrument wurde nach dem Bau der neuen Domorgel in den 1990er Jahren stillgelegt.

Die Liturgiekonstitution des Zweiten Vatikanischen Konzils sprach von der Kirchenmusik als von einem "notwendigen und integrierenden Bestandteil" des Gottesdienstes und gab damit der Kirchenmusik einen neuen Stellenwert. Dies hatte auch Folgen für St. Stephan: 1991 wurde im südlichen (rechten) Seitenschiff nahe der Vierung eine neue Domorgel der Vorarlberger Orgelbaufirma Rieger mit 55 Registern auf vier Manualen errichtet. Diese moderne Universalorgel besteht aus einem schwellbaren barocken Positiv und je einem romantischen Schwellwerk und Hauptwerk. Die Klangkrone ist das Solowerk mit Trompete, Clairon und Cornett.

Mit der Erneuerung der Riesenorgel auf der Westempore durch Rieger Orgelbau in den Jahren 2017-2020 wurden beide Domorgeln verbunden und sind nun vom mobilen Generalspieltisch aus gemeinsam spielbar. Mit ihren 185 Registern gehört die Wiener Domorgelanlage zu den großen Kathedralorgeln in Europa.