Toukokuussa 1986, vain viikkoja ennen valmistumistaan Curtis-instituutista, Stern hakeutui koe-esiintymiseen ja voitti kapellimestariassistentin paikan Clevelandin orkesterissa, jonka musiikillisena johtajana toimi Christoph von Dohnányi. Sekä koe-esiintyminen että paikka järjestettiin Exxon/Arts Endowment Conductor’s Program -ohjelman puitteissa. Stern nimitettiin virallisesti apulaiskapellimestariksi seuraavalla kaudella, ja hän työskenteli orkesterissa vuoteen 1991 asti. Syyskuussa 1986 hän debytoi New Yorkin filharmonikoissa yhtenä kolmesta nuoresta kapellimestarista, jotka Leonard Bernstein kutsui osallistumaan kapellimestarityöpajaan, joka huipentui kahteen konserttiin Avery Fisher Hallissa.
Samana vuonna Sternistä tuli Ranskan Lyonissa toimivan Orchestre National de Lyonin pysyvä vieraileva kapellimestari. Orchestre Nationalin neljän vuoden aikana hän esiintyi myös Pariisin, Bordeaux’n, Lillen ja Toulousen orkestereissa sekä muissa orkestereissa eri puolilla Eurooppaa.
Vuonna 1996 hän jätti Orchestre Nationalin ja siirtyi Saarbrückenin radion sinfoniaorkesterin ylikapellimestariksi, joka on merkittävä levytys- ja lähetysorkesteri Saksassa, mikä teki hänestä ensimmäisenä amerikkalaisena ylikapellimestarin virassa tuon orkesterin historian aikana. Hänen työnsä siellä on myös merkittävä siitä, että hänen toimikautensa aikana orkesteri levytti paljon amerikkalaista klassista musiikkia, muun muassa Henry Cowellin ja Charles Ivesin teoksia. Hän johti orkesteria myös Espanjan, Portugalin, Kiinan ja Sveitsin kiertueilla. Hän luopui ylikapellimestarin tehtävistä vuonna 2000.
Saarbrückenin radion sinfoniaorkesterin jättämisen jälkeen Stern perusti Tennesseen Germantowniin IRIS-orkesterin, joka on erikoistunut amerikkalaisen nykymusiikin soittamiseen. IRIS-orkesterin kanssa tekemänsä työn lisäksi hän esiintyi usein eri puolilla Pohjois-Amerikkaa monien sinfoniaorkesterien vierailevana kapellimestarina, muun muassa konserttisarjassa New Yorkin filharmonikoissa kesällä 2001, Chicagon sinfoniaorkesterissa, Philadelphian sinfoniaorkesterissa, Pittsburghin sinfoniaorkesterissa, Saint Louisin sinfoniaorkesterissa, Atlantan sinfoniaorkesterissa, Houstonin sinfoniaorkesterissa, Baltimore Symphony Orchestrassa, Toronton sinfoniaorkesterissa, Ottawan Kansallisen taiteen keskuksen orkesterin orkesterin orkesterissa, Cincinnati Symphony Orchestran orkesterin orkesterin orkesterin orkesterin orkesterin orkesterin orkesterissa, Montrealin kaupunginosassa, Intian kaupunginosainsinafoniatan orkesterin orkesterin orkesterin orkesterin orkesterissa ja Washingtonissa Washingtonissa.C:n kansallinen sinfoniaorkesteri. Hän aloitti myös säännölliset esiintymiset Aspenin musiikkifestivaaleilla. Syyskuussa 2001 Stern johti Wienin radion sinfoniaorkesteria Kiinan-kiertueella.
Tänä aikana Stern jatkoi myös vierailevien orkestereiden johtamista eri puolilla maailmaa, muun muassa Tukholman kuninkaallisissa filharmonikoissa, Oslon filharmonikoissa, Bergenin sinfoniaorkesterissa, Bonnin Beethovenhalle-orkesterissa, Berliinin Deutsche Symphonikerissa, Budapestin radion sinfoniaorkesterissa, Israelin filharmonikoissa, Moskovan filharmonikoissa, Helsingin filharmonikoissa, Rooman Orchestra dell’Accademia Nazionale di Santa Cecilia, Münchenin Baijerin radion sinfoniaorkesteri, Lausannen kamariorkesteri, Zürichin Tonhalle-orkesteri, Lontoon sinfoniaorkesteri, Lontoon filharmoninen orkesteri, BBC:n sinfoniaorkesteri, Englannin kamariorkesteri, Taiwanin kansallinen sinfoniaorkesteri, Singaporen sinfoniaorkesteri ja NHK:n sinfoniaorkesteri.
Syyskuun 30. päivänä 2005 Stern otti vastaan nimityksen Kansas Cityn sinfoniaorkesterin musiikilliseksi johtajaksi ja ylikapellimestariksi, missä tehtävässä hän on tällä hetkellä. Hän jatkaa myös vierailevia kapellimestarimatkojaan ja työtään IRIS-orkesterin kanssa.
Maaliskuussa 2014 Michael Stern teki historiaa Kansas Cityn sinfoniaorkesterin ja Engage Mobile Solutionsin kanssa, kun he käyttivät neljää paria Google Glass -laseja samanaikaisesti nauhoittaakseen Beethovenin viidennen sinfonian esityksen.