In de periode 1865-1915 bestond het St. Plechelmuskoor evenals andere parochiekoren uit mannen; daarvóór echter, enkele tientallen jaren lang, maakten ook vrouwen deel uit van het parochiële koor.

In 1915 werd, met bisschoppelijke toestemming, een jongenskoor opgericht, zodat vanaf toen ook en vooral (weer) klassiek repertoire voor gemengd koor kon worden gezongen.

Dit Plechelmuskoor verzorgde de Latijnse gezangen van de zondagse hoogmis in de basiliek tot eind 1998. Het jongenskoor raakte in dat jaar gedecimeerd en werd eind 1999 een niet-kerkelijk
koor. Het mannenkoor fuseerde met het gemengd Antoniuskoor.

Zo ontstond per 1 januari 1999 het Plechelmus-Antoniuskoor dat wekelijks de liturgie verzorgde met hoofdzakelijk klassieke Latijnse meerstemmige kerkmuziek en het éénstemmige gregoriaans. Op het repertoire stonden missen voor gemengd koor van onder meer Monteverdi, Mozart, Haydn, Gretsjaninov, Vierne en van Herman Finkers, alsmede motetten van onder andere Bach, Händel, Vivaldi, Duruflé, Elgar en Tavener.

Aanvankelijk zong het Plechelmus-Antoniuskoor afwisselend in de St. Plechelmusbasiliek en de St. Antoniuskerk, maar vanaf 1 juli 2008 alleen nog maar in de basiliek.

Het koor liet voor het laatst van zich horen op 1 februari 2015 tijdens een eucharistieviering in de basiliek. De Missa Festiva van Gretsjaninov, die al zo vaak in de Plechelmus geklonken had, vormde het sluitstuk van een periode die zestien jaar eerder begon.

In 1914 werd de toenmalige dirigent van het Plechelmuskoor, Horsthuis, opgevolgd door Toon Borghuis. Laatstgenoemde, die al eerder, in 1912, koorlid was geworden, bleef dirigent tot 1955.

Van 1955 tot 1973 was Frans Oude Sogtoen dirigent, van 1973 tot 1976 Frans ter Horst, en van 1976 tot 1985 Boyke Brand. Daarna was Valentijn Smit ongeveer een half jaar dirigent, en van 1986 tot 1989 Gerard Nieuwenhuis.

Van 1989 tot 1994 was Herman Koops dirigent van het Stadsjongenskoor Basiliek Oldenzaal en Guus Goorhuis van 1989 tot 1999 tevens dirigent van het St. Plechelmusmannenkoor. Eens per
maand zongen mannen- en jongenskoor gezamenlijk in de zondagse
hoogmis, de andere zondagen werden alleen door het mannenkoor
verzorgd. Van 1994 tot eind 1998 was Yt Nicolai dirigent van het jongenskoor, dat daarna de band met de kerk verbrak.

Per 1 januari 1999 werd Nardy Goorhuis-ter Elst door het kerkbestuur van de Oldenzaalse binnenstadsparochies Plechelmus en Antonius benoemd tot dirigent van het gelijktijdig tot stand gekomen Plechelmus-Antoniuskoor. Guus Goorhuis bleef organist en tegelijkertijd dirigent gregoriaans. Beiden namen op zondag 22 juni 2014 afscheid tijdens een hoogmis waarin het Plechelmus-Antoniuskoor de Krönungsmesse van Mozart zong en ook het Halleluja van Händel.