Invitado por Herbert von Karajan en 1978, debutó con la Berliner Philharmoniker, orquesta que posteriormente ha dirigido en diversas ocasiones. En el campo sinfónico ha cosechado notables éxitos dirigiendo las orquestas más importantes de Francia, Inglaterra, Suiza, Italia, Alemania, Escandinavia y en los principales centros musicales de América y Japón. Con la Nederlands Kamer Orkest visitó China en las primeras incursiones del país asiático en la música occidental.

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En el campo operístico ha dirigido con gran éxito la mayor parte de los títulos más emblemáticos, con preferencias hacia el repertorio de Mozart, Strauss y Britten. Asimismo, ha estrenado las óperas Divinas Palabras de Antón García Abril y The Duenna de Roberto Gerhard, de la cual realizó la primera grabación mundial. Ha grabado las zarzuelas Doña Francisquita, Bohemios, La Verbena de la Paloma, y Luisa Fernanda, además de la ópera Goyescas, todas ellas publicadas por el sello Audivis y acogidas con gran éxito por la crítica nacional e internacional.

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Entre los reconocimientos que ha recibido Antoni Ros Marbà se encuentran el Premio Nacional de Música (1989), la Creu de Sant Jordi (1988), el Premio Internacional del Disco Arthur Honegger por la grabación de Las Siete Palabras de Cristo de Haydn (1966), el Barclays Theatre Award a la mejor producción operística en el Reino Unido de 1997 (Idomeneo, re di Creta con la Scottish Opera) y la Medalla de Oro del Gran Teatre del Liceu de Barcelona (2012).

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En 2009 dos prestigiosas compañías discográficas, Warner Classics y Claves, han editado dos discos monográficos de Ros Marbà dirigiendo la Real Filharmonia de Galicia, dedicados a Federico Mompou y Manuel de Falla.

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En la actualidad es Profesor y Director Titular de la Cátedra de Orquesta de Cámara Freixenet de la Escuela Superior de Música Reina Sofía de Madrid.