Tras establecerse como el género más representativo del periodo clásico, la sinfonía se expandió en varias direcciones durante el siglo 19: 

•  la música programática, es decir la música que sigue un argumento narrativo
•  la unidad temática, en donde toda la composición está unificada por un motivo o un tema central
•  la expansión de las dimensiones de las obras y las orquestas. 

Estas nuevas direcciones suelen asociarse con Ludwig van Beethoven , quien estableció un puente en términos estilísticos entre el clasicismo de Joseph Haydn (su maestro) y Wolfgang Amadeus Mozart  y la generación siguiente de compositores románticos como Franz Schubert  y Robert Schumann . Beethoven escribió sus grandes sinfonías en un periodo de revoluciones sociales y no es una exageración decir que con sus nueve sinfonías también revolucionó el género. 

Mientras que las primeras sinfonías de Beethoven recuerdan el estilo de Haydn, la Tercera sinfonía en Mi Bemol mayor, escrita en 1804 y conocida como la “Heroica” anticipó la idea de que la música instrumental puede tener una función narrativa: inicialmente, Beethoven había dedicado su obra a Napoleón Bonaparte, pero se arrepintió cuando Napoleón se coronó a si mismo Emperador de Francia. Desde entonces, los críticos han escuchado los fuertes choques armónicos y los temas triunfales como una afirmación de la vida heroica de Beethoven. 

La sinfonía programática más conocida de Beethoven es la Sexta sinfonía en Fa mayor “Pastoral”, subtitulada “Recuerdos de la vida campestre” y tiene cinco movimientos que representan escenas del campo, incluyendo el sonido del arroyo, la música de los campesinos, el canto de los pájaros, y el ruido de la tormenta.  

Hacia mediados del siglo 19 compositores románticos como Franz Liszt y Hector Berlioz ya componían obras acompañadas de un libreto, guía o “programa”; con tales propósitos narrativos en mente, la forma de la sinfonía clásica y la forma sonata pronto resultaron anticuadas y muy limitadas en términos expresivos, por lo que los compositores expandieron los límites formales de la sinfonía y desarrollaron otras formas más libres como el “poema sinfónico”. 

La Sinfonía Fantástica de Berlioz, por ejemplo, tiene cinco movimientos (como la Pastoral de Beethoven), ninguno de los cuales se ajusta a las formas de la sinfonía clásica, sino que hay un tema principal, llamado la “idea fija” que aparece en cada uno de los movimientos y se transforma de acuerdo a la narrativa. Esta innovadora estrategia se adapta muy bien al programa de la sinfonía, una historia autobiográfica sobre el amor no correspondido de un compositor que se pierde en los excesos del opio. Escucha esta sinfonía en la Guía de Audición de la Sinfonía Fantástica de Héctor Berlioz.

La idea de un tema que unifica toda la sinfonía también tiene un origen claro en la obra de Beethoven, en este caso la Quinta sinfonía en do menor, cuyo primer movimiento está enteramente basado en el famoso motivo da-da-da daaa, aparece una y otra vez en muchas formas diferentes. El motivo se transforma de tal manera que parece crecer y desarrollarse hasta dominar toda la sinfonía de forma casi  como un organismo vivo.

La idea de que una composición debía desarrollarse de forma “orgánica” llevó la idea clásica de la unidad en la variedad a un nuevo nivel: la transformación de temas y motivos reemplazó la variación simple que se empleaba durante el clasicismo, y el principio de la unidad temática se convirtió en una de las principales características de la sinfonía en el siglo 19 en manos de compositores como Johannes Brahms.

La tercera contribución de Beethoven al desarrollo de la sinfonía está asociada a la Novena sinfonía en re menor, estrenada en 1824. Es una sinfonía de grandes dimensiones que marcó un nuevo estándar para las posibilidades de la sinfonía como obra de arte; todos los compositores que desearan alcanzar fama mundial debían vérselas con esta gigantesca obra: las sinfonías de Brahms y Gustav Mahler  son algunas de las respuestas que se ofrecieron hacia el final del siglo 19. 

La orquesta que Beethoven tenía en mente para esta composición era también la más grande que se había visto hasta entonces, no sólo en términos instrumentales sino porque también incluía un coro entero. Beethoven motivó a otros compositores románticos a emplear nuevos instrumentos y combinaciones tímbricas, lo que llevó al desarrollo de la técnica de la orquestación en manos de compositores como Berlioz y Nikolai Rimski-Korsakov.

A finales del siglo 19, compositores como Anton Bruckner y Johannes Brahms habían renovado la tradición sinfónica que hacia 1850 se había convertido en un género casi obsoleto después del romanticismo; mientras los compositores más vanguardistas buscaban nuevas formas, gran parte del público prefería escuchar las obras de los compositores reconocidos como Ludwig van Beethoven y Joseph Haydn en lugar de aventurarse a escuchar música nueva. Para muchos, la sala de conciertos se había convertido en un lugar equivalente a un museo: un lugar separado de la vida cotidiana en donde se escuchaban las grandes obras del pasado con atención y reverencia.

Como respuesta, Brahms regresó a la sinfonía clásica, rechazando muchas de las innovaciones del romanticismo, en especial la música programática, enfocándose en los géneros y el estilo del clasicismo. Las sinfonías de Brahms emplean las formas del clasicismo casi con reverencia y están llenas de alusiones escondidas a las obras de Wolfgang Amadeus Mozart, Robert Schumann y sobre todo Beethoven, e incluso Richard Wagner, su antagonista principal. 

Si Brahms respondió al romanticismo buscando devolverse al clasicismo para fortalecer la sinfonía, Gustav Mahler tomó el camino contrario: Mahler llevó al extremo todos los aspectos del romanticismo que a Brahms le parecían exagerados, escribiendo sinfonías programáticas de dimensiones nunca antes escuchadas, interpretadas por orquestas de hasta mil músicos. Sus sinfonías incluyen voces solistas, coros, instrumentos especialmente diseñados que se usan solo una vez, instrumentos solistas que tocan fuera del escenario, de pie, o en combinaciones inusuales y otros efectos innovadores. En algunos casos, Mahler adapta canciones tradicionales pero no a la manera de los nacionalistas sino alterándolas e incluso distorsionándolas para producir efectos grotescos o melancólicos, como “el campanero” o Frère Jacques, en francés, que se vuelve una marcha fúnebre en modo menor en la primera sinfonía “Titán». En otras ocasiones, Mahler incorpora partes de sus propias composiciones en las sinfonías. Al llevar estas técnicas hasta el extremo, Mahler definió la sinfonía para el siglo 20.