Nel maggio 1986, poche settimane prima della sua laurea al Curtis Institute, Stern fece un’audizione e vinse il lavoro di assistente alla direzione d’orchestra alla Cleveland Orchestra, dove il direttore musicale era Christoph von Dohnányi. L’audizione e il posto furono entrambi organizzati sotto l’egida dell’Exxon/Arts Endowment Conductor’s Program. Stern fu ufficialmente nominato assistente direttore d’orchestra la stagione seguente, e rimase con l’orchestra fino al 1991. Nel settembre 1986, debuttò alla New York Philharmonic come uno dei tre giovani direttori d’orchestra che Leonard Bernstein invitò a partecipare ad un workshop di direzione che culminò in due concerti alla Avery Fisher Hall.
Quell’anno, Stern divenne il direttore ospite permanente dell’Orchestre National de Lyon a Lione, in Francia. Durante i suoi quattro anni con l’Orchestre National, è apparso anche con le orchestre di Parigi, Bordeaux, Lille e Tolosa, così come altre in tutta Europa.
Nel 1996, ha lasciato l’Orchestre National per diventare direttore principale della Saarbrücken Radio Symphony Orchestra, un’importante orchestra di registrazione e trasmissione in Germania, rendendolo il primo americano a ricoprire la posizione di direttore principale nella storia dell’orchestra. Il suo lavoro lì è anche notevole per le molte registrazioni dell’orchestra di musica classica americana durante il suo mandato, compresi i dischi di opere di Henry Cowell e Charles Ives. Ha anche guidato l’orchestra in tour in Spagna, Portogallo, Cina e Svizzera. Si è dimesso da direttore principale nel 2000.
Dopo aver lasciato la Saarbrücken Radio Symphony Orchestra, Stern ha fondato la IRIS Orchestra a Germantown, Tennessee, che è specializzata nell’esecuzione di musica contemporanea americana. Oltre al suo lavoro con IRIS, è apparso frequentemente in tutto il Nord America come direttore ospite di molte orchestre sinfoniche, compresa una serie di concerti alla New York Philharmonic nell’estate del 2001, la Chicago Symphony Orchestra, la Philadelphia Orchestra, la Pittsburgh Symphony, la Saint Louis Symphony Orchestra, la Atlanta Symphony, la Houston Symphony, la Baltimore Symphony, la Toronto Symphony, la National Arts Centre Orchestra di Ottawa, la Cincinnati Symphony Orchestra, la Montreal Symphony Orchestra, la Indianapolis Symphony Orchestra, e Washington, D.C.’s National Symphony Orchestra. Ha anche iniziato ad apparire regolarmente all’Aspen Music Festival. Nel settembre 2001, Stern ha guidato la Vienna Radio Symphony in un tour in Cina.
Durante questo periodo, Stern ha continuato a dirigere come ospite orchestre in tutto il mondo, tra cui la Royal Stockholm Philharmonic, la Oslo Philharmonic, la Bergen Symphony, l’Orchestra Beethovenhalle di Bonn, la Deutsche Symphoniker di Berlino, la Budapest Radio Symphony Orchestra, la Israel Philharmonic, la Moscow Philharmonic, la Helsinki Philharmonic, l’Orchestra dell’Accademia Nazionale di Santa Cecilia di Roma, l’Orchestra Sinfonica della Radio Bavarese di Monaco, l’Orchestra da Camera di Losanna, l’Orchestra della Tonhalle di Zurigo, la London Symphony Orchestra, la London Philharmonic Orchestra, la BBC Symphony Orchestra, la English Chamber Orchestra, la National Symphony di Taiwan, la Singapore Symphony, e la NHK Symphony Orchestra.
Il 30 settembre 2005, Stern ha accettato una nomina come direttore musicale e direttore principale della Kansas City Symphony, posizione che attualmente ricopre. Continua anche i suoi viaggi come direttore ospite e il suo lavoro con la IRIS Orchestra.
Nel marzo 2014, Michael Stern ha fatto la storia con la Kansas City Symphony e Engage Mobile Solutions quando hanno usato quattro paia di Google Glass allo stesso tempo per registrare una performance della quinta sinfonia di Beethoven.