Durante la primera mitad del siglo 20 la sinfonía siguió siendo uno de los géneros más representativos del repertorio para orquesta, aunque las composiciones llamadas “sinfonía” en el siglo 20 apenas tenían relación con la sinfonía clásica y la sinfonía romántica; la sinfonía del siglo 20 podía tener desde uno o dos movimientos, como la Sinfonía India de Carlos Chávez o la Sinfonía No. 8 de Gustav Mahler , hasta 10 como la Sinfonía Turangalîla de Olivier Messiaen; podía tener contenido programático o no tenerlo; cualquier cantidad de instrumentos, incluyendo coros y voces (Mahler utilizó coros o solistas en cuatro de sus diez sinfonías) o instrumentos innovadores como el ondes martenot empleado por Messiaen en la Turangalîla.

Una de las tendencias del modernismo hacia finales del siglo 19 y comienzos del siglo 20 fue algo que podemos llamar el “maximalismo”, la tendencia a agrandar o intensificar las técnicas y los medios artísticos sin romper con los ideales tradicionales. Ya en el siglo 19 se había desarrollado la tendencia hacia las obras grandiosas, especialmente con Richard Wagner , quién expandió las dimensiones tímbricas de la orquesta y las posibilidades armónicas del sistema tonal. Johannes Brahms, por otro lado, expandió la idea de unidad y variedad desarrollando técnicas de variación continua y combinación motívica.

El compositor maximalista por excelencia es Gustav Mahler, quien quería escribir una sinfonia “tan grande que pudiera reflejar todo el mundo—de manera que uno sea el instrumento que interpreta el universo.” Sin duda, sus diez sinfonías, escritas entre 1880 y 1911, transformaron el género, adaptando los recursos desarrollados por Wagner en la ópera al lenguaje sinfónico y llevándolos hasta el límite. 

Las sinfonías de Mahler sobrepasaron a sus antecesores en duración (algunos movimientos son más largos que las sinfonías enteras del clasicismo) y cada vez exigía más instrumentistas: la Sinfonía No. 8, llamada “la sinfonía de los mil” utiliza, de hecho, más de mil músicos. Además de su gran tamaño, las sinfonías de Mahler se caracterizan por un estilo a medio camino entre el dramatismo exagerado y la parodia, como si para la época de Mahler fuera imposible escribir con la sinceridad expresiva de los románticos. 

Así, a partir de las sinfonías de Mahler los compositores del siglo 20 tenían casi absoluta libertad para reinventarse el género y adaptarlo a las transformaciones de su propia época, aunque los compositores modernistas más radicales abandonaron el género pues lo consideraban anticuado: Schoenberg, por ejemplo escribió una Sinfonía de cámara, una composición atonal en un movimiento para 15 músicos que se negaba a seguir la tradición de Beethoven y Mahler. De hecho, a pesar de que la sinfonía había sido el género alemán por excelencia, Mahler fue el último gran compositor de sinfonías de Alemania. 

Por el contrario, los compositores de sinfonías más importantes del siglo 20 pertenecían a otros países europeos y latinoamericanos, como Jean Sibelius (finlandés), Dmitry Shostakovich (ruso) y Carlos Chávez (mexicano). En el siglo 20, la sinfonía continuó siendo un género importante para los compositores que, por diferentes razones, se resistieron al modernismo europeo. 

Debido al lugar tan importante de la sinfonía en la música para orquesta en Europa, la sinfonía fue el género preferido por los compositores nacionalistas y latinoamericanistas para demostrar que era posible escribir música del mismo valor artístico a partir de melodías e instrumentos tradicionales de culturas no europeas. Los compositores nacionalistas como Sibelius, Chávez, y Guillermo Uribe Holguín  se apropiaron de todas las técnicas desarrolladas en Europa durante el siglo 19 como la forma cíclica, el leitmotiv  o “motivo guía” y la variación continua para integrar la música tradicional, folclórica, o indígena de cada país al repertorio sinfónico. 

La Sinfonía India de Chávez, por ejemplo, tiene un solo movimiento, pero éste se divide en tres secciones que corresponden al allegro, andante, finale de la sinfonía clásica. La obra está basada en melodías de culturas indígenas mexicanas y emplea instrumentos indígenas que el compositor recopiló en sus investigaciones a través de su país.