En mai 1986, quelques semaines seulement avant l’obtention de son diplôme du Curtis Institute, Stern auditionne et obtient le poste d’assistant chef d’orchestre au Cleveland Orchestra, dont le directeur musical est Christoph von Dohnányi. L’audition et le poste ont tous deux été organisés sous l’égide du Exxon/Arts Endowment Conductor’s Program. Stern a été officiellement nommé chef d’orchestre adjoint à part entière la saison suivante, et est resté avec l’orchestre jusqu’en 1991. En septembre 1986, il fait ses débuts à l’Orchestre philharmonique de New York en tant que l’un des trois jeunes chefs d’orchestre que Leonard Bernstein a invités à participer à un atelier de direction d’orchestre qui s’est terminé par deux concerts à l’Avery Fisher Hall.

Cette année-là, Stern devient le chef invité permanent de l’Orchestre national de Lyon, en France. Au cours de ses quatre années avec l’Orchestre National, il s’est également produit avec les orchestres de Paris, Bordeaux, Lille et Toulouse, ainsi que d’autres à travers l’Europe.

En 1996, il a quitté l’Orchestre National pour devenir chef d’orchestre de l’Orchestre Symphonique de la Radio de Saarbrücken, un orchestre d’enregistrement et de diffusion de premier plan en Allemagne, faisant de lui le premier Américain à occuper le poste de chef d’orchestre dans l’histoire de cet orchestre. Il a été le premier Américain à occuper le poste de chef d’orchestre dans l’histoire de cet orchestre. Son travail est également remarquable pour les nombreux enregistrements de musique classique américaine réalisés par l’orchestre pendant son mandat, notamment des disques d’œuvres de Henry Cowell et de Charles Ives. Il a également dirigé l’orchestre lors de tournées en Espagne, au Portugal, en Chine et en Suisse. Il a quitté son poste de chef d’orchestre en 2000.

Après avoir quitté l’Orchestre symphonique de la radio de Sarrebruck, Stern a fondé l’IRIS Orchestra à Germantown, dans le Tennessee, qui se spécialise dans l’interprétation de la musique contemporaine américaine. Outre son travail avec IRIS, il se produit fréquemment dans toute l’Amérique du Nord en tant que chef invité de nombreux orchestres symphoniques, notamment une série de concerts à l’Orchestre philharmonique de New York au cours de l’été 2001, à l’Orchestre symphonique de Chicago, à l’Orchestre de Philadelphie, à l’Orchestre symphonique de Pittsburgh, à l’Orchestre symphonique de Saint Louis, à l’Orchestre symphonique d’Atlanta, à l’Orchestre symphonique de Houston, à l’Orchestre symphonique de Baltimore, à l’Orchestre symphonique de Toronto, à l’Orchestre du Centre national des Arts d’Ottawa, à l’Orchestre symphonique de Cincinnati, à l’Orchestre symphonique de Montréal, à l’Orchestre symphonique d’Indianapolis et à l’Orchestre symphonique national de Washington.D., et le National Symphony Orchestra de Washington. Il a également commencé à se produire régulièrement au Festival de musique d’Aspen. En septembre 2001, Stern a dirigé l’Orchestre symphonique de la radio de Vienne lors d’une tournée en Chine.

Pendant cette période, Stern a également continué à diriger des orchestres invités dans le monde entier, notamment l’Orchestre philharmonique royal de Stockholm, l’Orchestre philharmonique d’Oslo, l’Orchestre symphonique de Bergen, l’Orchestre de la Beethovenhalle de Bonn, le Deutsche Symphoniker de Berlin, l’Orchestre symphonique de la radio de Budapest, l’Orchestre philharmonique d’Israël, l’Orchestre philharmonique de Moscou, l’Orchestre philharmonique d’Helsinki, l’Orchestre dell’Accademia Nazionale di Santa Cecilia de Rome, l’Orchestre symphonique de la radio bavaroise de Munich, l’Orchestre de chambre de Lausanne, l’Orchestre de la Tonhalle de Zurich, l’Orchestre symphonique de Londres, l’Orchestre philharmonique de Londres, l’Orchestre symphonique de la BBC, l’Orchestre de chambre anglais, l’Orchestre symphonique national de Taïwan, l’Orchestre symphonique de Singapour et l’Orchestre symphonique de la NHK.

Le 30 septembre 2005, Stern a accepté une nomination en tant que directeur musical et chef principal du Kansas City Symphony, poste qu’il occupe actuellement. Il poursuit également ses voyages en tant que chef invité et son travail avec l’Orchestre IRIS.

En mars 2014, Michael Stern est entré dans l’histoire avec le Kansas City Symphony et Engage Mobile Solutions lorsqu’ils ont utilisé quatre paires de Google Glass en même temps pour enregistrer une performance de la 5e symphonie de Beethoven.