1986 májusában, alig néhány héttel a Curtis Intézet elvégzése előtt Stern meghallgatásra jelentkezett és elnyerte a Clevelandi Zenekar karmesterasszisztensi állását, ahol Christoph von Dohnányi volt a zeneigazgató. A meghallgatást és az állást is az Exxon/Arts Endowment Conductor’s Program égisze alatt szervezték. Sternt hivatalosan a következő évadban nevezték ki teljes jogú segédkarmesternek, és 1991-ig maradt a zenekarnál. 1986 szeptemberében debütált a New York-i Filharmonikusoknál annak a három fiatal karmesternek az egyikeként, akiket Leonard Bernstein meghívott egy karmesteri workshopra, amely két koncerttel zárult az Avery Fisher Hallban.
Ebben az évben Stern a franciaországi Lyonban működő Orchestre National de Lyon állandó vendégkarmestere lett. Az Orchestre National-nál töltött négy éve alatt fellépett a párizsi, bordeaux-i, lille-i és toulouse-i zenekarokkal, valamint más európai zenekarokkal is.
1996-ban elhagyta az Orchestre National-t, és a Saarbrückeni Rádió Szimfonikus Zenekarának vezető karmestere lett, amely Németország egyik kiemelkedő hangfelvevő és sugárzó zenekara, így ő lett az első amerikai, aki a zenekar történetében betöltötte a vezető karmesteri pozíciót. Munkássága alatt a zenekar számos amerikai klasszikus zenei felvételt készített, köztük Henry Cowell és Charles Ives műveinek lemezeit. A zenekart spanyolországi, portugáliai, kínai és svájci turnékon is vezette. 2000-ben lemondott vezető karmesteri tisztségéről.
A Saarbrückeni Rádió Szimfonikus Zenekarától való távozása után Stern megalapította a Tennessee állambeli Germantownban az IRIS Orchestrát, amely amerikai kortárs zene megszólaltatására specializálódott. Az IRIS-szel való munkáján kívül gyakran lépett fel Észak-Amerika-szerte számos szimfonikus zenekar vendégkarmestereként, többek között 2001 nyarán koncertsorozatot adott a New York-i Filharmonikusoknál, a Chicagói Szimfonikusoknál, a Philadelphiai Zenekarnál, a Pittsburghi Szimfonikusoknál, a Saint Louis-i Szimfonikusoknál, az Atlantai Szimfonikusoknál, a Houstoni Szimfonikusoknál, a Baltimore-i Szimfonikusoknál, a Torontói Szimfonikusoknál, az ottawai Nemzeti Művészeti Központ Zenekaránál, a Cincinnati Szimfonikusoknál, a Montreali Szimfonikusoknál, az Indianapolisi Szimfonikusoknál és Washington, D.C. Nemzeti Szimfonikus Zenekar. Rendszeresen fellépett az Aspeni Zenei Fesztiválon is. 2001 szeptemberében Stern a Bécsi Rádió Szimfonikus Zenekarát vezette egy kínai turnén.
Ez idő alatt Stern továbbra is vendégként vezényelt zenekarokat világszerte, többek között a Stockholmi Királyi Filharmonikusokat, az Oslói Filharmonikusokat, a Bergeni Szimfonikusokat, a bonni Beethovenhalle Zenekart, a berlini Deutsche Symphoniker-t, a Budapesti Rádió Szimfonikus Zenekarát, az Izraeli Filharmonikusokat, a Moszkvai Filharmonikusokat, a Helsinki Filharmonikusokat, a római Orchestra dell’Accademia Nazionale di Santa Cecilia, a müncheni Bajor Rádió Szimfonikus Zenekara, a Lausanne-i Kamarazenekar, a zürichi Tonhalle Zenekar, a Londoni Szimfonikus Zenekar, a Londoni Filharmonikusok, a BBC Szimfonikus Zenekara, az Angol Kamarazenekar, a Tajvani Nemzeti Szimfonikus Zenekar, a Szingapúri Szimfonikusok és az NHK Szimfonikus Zenekar.
2005. szeptember 30-án Stern elfogadta a Kansas City Symphony zeneigazgatói és vezető karmesteri kinevezését, amelyet jelenleg is betölt. Emellett folytatja vendégkarmesteri utazásait és munkáját az IRIS Orchestrával.
2014 márciusában Michael Stern történelmet írt a Kansas City-i Szimfonikus Zenekarral és az Engage Mobile Solutions-szel, amikor egyszerre négy Google Glass szemüveggel rögzítették Beethoven V. szimfóniájának előadását.