De la famille des orgues automatisés, c'est un instrument mécanique (automatophones) basé sur le même principe que la boîte à musique. L'orgue de Barbarie existe en différents formats, allant du plus petit, portable en bandoulière, jusqu'au plus grands, appelés limonaires et qui sont fixes (parfois monté sur roulettes). Si le plus petit est destiné aux chanteurs de rues, le limonaire est utilisé dans les lieux de convivialité, les fêtes foraines ou les églises. Certains modèles de limonaire sont équipés d'automate qui bougent au rythme de la musique. Sur les modèles élaborés, le musicien a plusieurs "jeux" à sa disposition, comme sur l'orgue à "bouche".
Une manivelle est actionnée par le musicien qui met en marche le soufflet, la mélodie et les différents mécanismes nécessaires à la production du vent. Parfois, la mise en marche de la manivelle actionne de façon synchronisée des percussions et des personnages animés. A la différence de l'orgue à "bouche", ici ce ne sont donc pas les doigts du musicien sur les touches d'un clavier qui produisent la mélodie, mais un système mécanique qui, suivant les modèles, fait soit tourner un cylindre garni de picots (chaque picot déclenche l'ouverture d'un tuyau), soit avancer un carton perforé, qui se replie en zig-zag ou bien encore du papier perforé sous forme de rouleaux (chaque perforation permet l'ouverture du mécanisme).
La fabrication des rouleaux demande beaucoup de temps et une bonne connaissance musicale. Mais aujourd'hui, l'informatique est venu au secours d'un système finalement très artisanal. La programmation se fait par des disquettes qui gèrent l'ouverture et la fermeture des notes.