Em Maio de 1986, apenas semanas antes da sua graduação do Instituto Curtis, Stern fez uma audição e ganhou o cargo de assistente de direcção na The Cleveland Orchestra, onde o director musical era Christoph von Dohnányi. A audição e o cargo foram ambos organizados sob a égide do Exxon/Arts Endowment Conductor’s Program. Stern foi oficialmente nomeado maestro assistente completo na temporada seguinte, e permaneceu com a orquestra até 1991. Em Setembro de 1986, estreou-se na Filarmónica de Nova Iorque como um dos três jovens maestros que Leonard Bernstein convidou para participar num workshop de direcção que culminou em dois concertos no Avery Fisher Hall.
Nesse ano, Stern tornou-se o maestro convidado permanente da Orchestre National de Lyon em Lyon, França. Durante seus quatro anos com a Orchestre National, ele também apareceu com orquestras em Paris, Bordeaux, Lille e Toulouse, assim como outros em toda a Europa.
Em 1996, ele deixou a Orchestre National para se tornar o maestro chefe da Orquestra Sinfônica da Rádio Saarbrücken, uma proeminente orquestra de gravação e transmissão na Alemanha, fazendo dele o primeiro americano a ocupar o cargo de maestro chefe na história daquela orquestra. O seu trabalho lá também é notável pelas muitas gravações de música clássica americana feitas pela orquestra durante o seu mandato, incluindo discos de obras de Henry Cowell e Charles Ives. Ele também liderou a orquestra em turnês pela Espanha, Portugal, China e Suíça. Deixou o cargo de maestro principal em 2000.
Após deixar a Orquestra Sinfónica da Rádio Saarbrücken, Stern fundou a Orquestra IRIS em Germantown, Tennessee, que é especializada em tocar música contemporânea americana. Para além do seu trabalho com a IRIS, apareceu frequentemente em toda a América do Norte como maestro convidado de muitas orquestras sinfónicas, incluindo uma série de concertos na Filarmónica de Nova Iorque no Verão de 2001, a Orquestra Sinfónica de Chicago, a Orquestra da Filadélfia, a Sinfónica de Pittsburgh, a Orquestra Sinfónica de Saint Louis, a Sinfónica de Atlanta, a Sinfónica de Houston, a Sinfónica de Baltimore, a Sinfónica de Toronto, a Orquestra do Centro Nacional de Artes de Ottawa, a Orquestra Sinfónica de Cincinnati, a Orquestra Sinfónica de Montreal, a Orquestra Sinfónica de Indianápolis, e Washington, D.C.’s National Symphony Orchestra. Ele também começou a aparecer regularmente no Festival de Música de Aspen. Em setembro de 2001, Stern liderou a Rádio Sinfônica de Viena em uma turnê pela China.
Durante este tempo, Stern também continuou a dirigir orquestras convidadas em todo o mundo, incluindo a Filarmónica Real de Estocolmo, a Filarmónica de Oslo, a Sinfónica de Bergen, a Orquestra Beethovenhalle de Bonn, a Deutsche Symphoniker de Berlim, a Orquestra Sinfónica da Rádio Budapeste, a Filarmónica de Israel, a Filarmónica de Moscovo, a Filarmónica de Helsínquia, Orquestra dell’Accademia Nazionale di Santa Cecilia de Roma, Orquestra Sinfónica da Rádio Bavária de Munique, Orquestra de Câmara de Lausanne, Orquestra Tonhalle de Zurique, Orquestra Sinfónica de Londres, Orquestra Filarmónica de Londres, Orquestra Sinfónica da BBC, Orquestra Sinfónica de Câmara Inglesa, Sinfónica Nacional de Taiwan, Sinfónica de Singapura e Orquestra Sinfónica da NHK.
Em 30 de setembro de 2005, Stern aceitou uma nomeação como diretor musical e maestro principal da Sinfônica de Kansas City, cargo que ocupa atualmente. Ele também continua suas viagens como maestro convidado e seu trabalho com a Orquestra IRIS.
Em março de 2014, Michael Stern fez história com a The Kansas City Symphony e Engage Mobile Solutions quando eles usaram quatro pares de Google Glass ao mesmo tempo para gravar uma performance da 5ª Sinfonia de Beethoven.