V květnu 1986, jen několik týdnů před ukončením studia na Curtisově institutu, se Stern zúčastnil konkurzu a získal místo asistenta dirigenta v Clevelandském orchestru, jehož hudebním ředitelem byl Christoph von Dohnányi. Konkurz i místo byly organizovány pod záštitou Exxon/Arts Endowment Conductor’s Program. Následující sezónu byl Stern oficiálně jmenován řádným asistentem dirigenta a v orchestru zůstal až do roku 1991. V září 1986 debutoval u Newyorské filharmonie jako jeden ze tří mladých dirigentů, které Leonard Bernstein pozval k účasti na dirigentském workshopu, který vyvrcholil dvěma koncerty v Avery Fisher Hall.

Téhož roku se Stern stal stálým hostujícím dirigentem Orchestre National de Lyon ve francouzském Lyonu. Během čtyřletého působení v Orchestre National vystupoval také s orchestry v Paříži, Bordeaux, Lille, Toulouse a dalšími po celé Evropě.

V roce 1996 opustil Orchestre National a stal se šéfdirigentem Saarbrückenského rozhlasového symfonického orchestru, významného německého orchestru pro nahrávání a vysílání, a stal se tak prvním Američanem na pozici šéfdirigenta v historii tohoto orchestru. Jeho působení v tomto orchestru je pozoruhodné také díky mnoha nahrávkám americké klasické hudby, které orchestr během jeho působení pořídil, včetně disků s díly Henryho Cowella a Charlese Ivese. Vedl orchestr také na turné po Španělsku, Portugalsku, Číně a Švýcarsku. Z funkce šéfdirigenta odešel v roce 2000.

Po odchodu ze Saarbrückenského rozhlasového symfonického orchestru založil Stern v Germantownu ve státě Tennessee orchestr IRIS, který se specializuje na provozování americké soudobé hudby. Kromě práce s IRIS často vystupoval po celé Severní Americe jako hostující dirigent mnoha symfonických orchestrů, včetně série koncertů Newyorské filharmonie v létě 2001, Chicagského symfonického orchestru, Filadelfského orchestru, Pittsburského symfonického orchestru, Symfonického orchestru Saint Louis, Atlantského symfonického orchestru, Houstonského symfonického orchestru, Baltimorského symfonického orchestru, Torontského symfonického orchestru, Národního uměleckého centra v Ottawě, Symfonického orchestru v Cincinnati, Montrealského symfonického orchestru, Symfonického orchestru v Indianapolis a Symfonického orchestru ve Washingtonu.Národní symfonický orchestr ve Washingtonu. Začal také pravidelně vystupovat na hudebním festivalu v Aspenu. V září 2001 vedl Stern Vídeňské rozhlasové symfoniky na turné po Číně.

V této době Stern také pokračoval v hostování u orchestrů po celém světě, například u Královské filharmonie Stockholm, Filharmonie Oslo, Bergenského symfonického orchestru, orchestru Beethovenhalle v Bonnu, berlínských Deutsche Symphoniker, Budapešťského rozhlasového symfonického orchestru, Izraelské filharmonie, Moskevské filharmonie, Helsinské filharmonie, Římský orchestr dell’Accademia Nazionale di Santa Cecilia, Mnichovský symfonický orchestr Bavorského rozhlasu, Komorní orchestr Lausanne, Curyšský orchestr Tonhalle, Londýnský symfonický orchestr, Londýnský filharmonický orchestr, Symfonický orchestr BBC, Anglický komorní orchestr, Tchajwanský národní symfonický orchestr, Singapurský symfonický orchestr a Symfonický orchestr NHK.

Dne 30. září 2005 přijal Stern nabídku stát se hudebním ředitelem a hlavním dirigentem Kansas City Symphony, kterou v současnosti zastává. Pokračuje také ve svých hostujících dirigentských cestách a ve spolupráci s orchestrem IRIS.

V březnu 2014 se Michael Stern společně s Kansas City Symphony a společností Engage Mobile Solutions zapsal do historie, když pomocí čtyř párů brýlí Google Glass najednou zaznamenali provedení Beethovenovy 5. symfonie.