Toutes les variétés en reposent sur un même principe. Un cylindre, ou rouleau, de bois, est armé sur sa circonférence de dents de métal placées de telle sorte que, le rouleau étant mis en rotation par une manivelle ou par les rouages d'un mécanisme d'horlogerie, chaque dent vient au moment voulu actionner, une soupape, ou clef, communiquant avec un tuyau déterminé; deux soufflets, mis en mouvement par la même manivelle ou le même mécanisme, engendrent le courant d'air qui fait parler, au moment voulu, chaque tuyau. Les proportions et les ressources sonores de l'orgue mécanique varient à l'infini, depuis l'« orgue de Barbarie » jusqu'aux énormes machines pourvues de registres de toute sortes, que mettent en mouvement des moteurs électriques ou à vapeur.

On ne connaît ni l'inventeur, ni la date de naissance de l'orgue mécanique. Il y avait déjà des orgues mécaniques fixes au XV^e siècle; pour le modèle portatif, Mercier, vers 1782, parlait de l'orgue de Barbarie comme d'une nouveauté; le Mercure, octobre 1747, le dit le plus décrié de tous les instruments du musique, et discute cette opinion, en annonçant l'invention d'un nouvel orgue à cylindre anonyme. Les historiens anglais en revendiquent cependant l'invention en faveur du facteur Hicks, qui en aurait construit les premiers spécimens au commencement du XIX^e s., mais, près d'un siècle auparavant, un autre facteur anglais, Wright, passe pour avoir construit un orgue à cylindres pour l'église de Fulham. L'Apollonicon, construit par les facteurs d'orgues anglais Flight et Robson en 1812, et qui fut exhibé à Londres jusqu'en 1810, réunissait les claviers manuels et de pédales d'un orgue ordinaire à une combinaison de trois cylindres répondant chacun à une division de l'instrument et disposés pour mettre en action les tuyaux sans le concours des claviers. Cet appareil, de grandes dimensions et qui contenait près de 1900 tuyaux, avait coûté à ses fabricants 10000 livres sterling. Il eut en son temps une grande célébrité.

Cette industrie s'était grandement développée en Angleterre au début du XX^e s, où il était d'un usage constant de se servir dans les églises d'orgues mécaniques, qui ont un répertoire étendu d'hymnes, de chants religieux et de fantaisies. Pour les lieux de plaisir et pour les amateurs, les mêmes facteurs établissaient des instruments considérables, où étaient réunis, avec les registres principaux de l'orgue, des jeux de percussion comprenant tambours, cymbales, triangles, castagnettes, etc., et dont le prix s'élèvait jusqu'à 1500 livres sterling. Des rouleaux de rechange y étaient préparés pour l'exécution de morceaux d'opéras et de symphonie, ouvertures, musique de danse, etc. L'industrie britannique se montrait très active dans la fabrication des orgues mécaniques, dont elle a exporté un grand nombre, principalement du modèle portatif (orgue de Barbarie), dans l'Amérique du Sud, les Antilles, etc. Des facteurs spéciaux, en France, ont rivalisé avec leurs confrères d'outre-Manche. A Paris, il a existé de nombreuses maisons d'orgues mécaniques, à rouleau ou à cylindres, et d'une grande puissance. En 1909, fonctionnait au Palais de glace à Paris, pour l'accompagnement des danses et du patinage, un orgue mécanique de Merklin, contenant 13 jeux dits d'ensemble avec 793 tuyaux et 13 jeux de solo, avec 375 tuyaux, plus les accessoires de percussion. La soufflerie, était régie par un moteur électrique; un autre moteur plus petit dépliait, présentait et réemmagasinait les rouleaux de papier perforé.