În mai 1986, cu doar câteva săptămâni înainte de absolvirea Institutului Curtis, Stern a dat o audiție și a obținut postul de asistent de dirijor la The Cleveland Orchestra, unde director muzical era Christoph von Dohnányi. Atât audiția, cât și postul au fost organizate sub egida Exxon/Arts Endowment Conductor’s Program. Stern a fost numit oficial dirijor asistent titular în sezonul următor și a rămas în cadrul orchestrei până în 1991. În septembrie 1986, a debutat la Filarmonica din New York ca unul dintre cei trei tineri dirijori pe care Leonard Bernstein i-a invitat să participe la un atelier de dirijat care a culminat cu două concerte la Avery Fisher Hall.
În acel an, Stern a devenit dirijorul invitat permanent al Orchestre National de Lyon din Lyon, Franța. În timpul celor patru ani petrecuți la Orchestre National, a apărut, de asemenea, cu orchestrele din Paris, Bordeaux, Lille și Toulouse, precum și cu altele din întreaga Europă.
În 1996, a părăsit Orchestre National pentru a deveni dirijor șef al Orchestrei Simfonice Radio din Saarbrücken, o orchestră proeminentă de înregistrare și difuzare din Germania, devenind astfel primul american care a deținut poziția de dirijor șef în istoria acestei orchestre. Activitatea sa la această orchestră se remarcă, de asemenea, prin numeroasele înregistrări de muzică clasică americană realizate de orchestră în timpul mandatului său, inclusiv discuri cu lucrări de Henry Cowell și Charles Ives. De asemenea, a condus orchestra în turnee în Spania, Portugalia, China și Elveția. A demisionat din funcția de dirijor șef în 2000.
După ce a părăsit Orchestra Simfonică Radio din Saarbrücken, Stern a fondat Orchestra IRIS din Germantown, Tennessee, specializată în interpretarea muzicii contemporane americane. Dincolo de activitatea sa cu IRIS, a apărut frecvent în toată America de Nord ca dirijor invitat al multor orchestre simfonice, inclusiv o serie de concerte la Filarmonica din New York în vara anului 2001, Orchestra Simfonică din Chicago, Orchestra din Philadelphia, Orchestra Simfonică din Pittsburgh, Orchestra Simfonică din Saint Louis, Orchestra Simfonică din Atlanta, Orchestra Simfonică din Houston, Orchestra Simfonică din Baltimore, Orchestra Simfonică din Toronto, Orchestra Centrului Național de Arte din Ottawa, Orchestra Simfonică din Cincinnati, Orchestra Simfonică din Montreal, Orchestra Simfonică din Indianapolis și Orchestra Simfonică din Washington, D.C. și Orchestra Simfonică Națională din Washington. De asemenea, a început să aibă apariții regulate la Festivalul de Muzică de la Aspen. În septembrie 2001, Stern a condus Orchestra Simfonică Radio din Viena într-un turneu în China.
În această perioadă, Stern a continuat, de asemenea, să dirijeze orchestre invitate din întreaga lume, inclusiv Filarmonica Regală din Stockholm, Filarmonica din Oslo, Orchestra Simfonică din Bergen, Orchestra Beethovenhalle din Bonn, Deutsche Symphoniker din Berlin, Orchestra Simfonică Radio din Budapesta, Filarmonica din Israel, Filarmonica din Moscova, Filarmonica din Helsinki, Orchestra dell’Accademia Nazionale di Santa Cecilia din Roma, Orchestra Simfonică Radio Bavareză din München, Orchestra de Cameră din Lausanne, Orchestra Tonhalle din Zurich, Orchestra Simfonică din Londra, Orchestra Filarmonicii din Londra, Orchestra Simfonică BBC, Orchestra de Cameră Engleză, Orchestra Simfonică Națională din Taiwan, Orchestra Simfonică din Singapore și Orchestra Simfonică NHK.
La 30 septembrie 2005, Stern a acceptat o numire în funcția de director muzical și dirijor principal al Orchestrei Simfonice din Kansas City, poziție pe care o deține în prezent. De asemenea, își continuă călătoriile ca dirijor invitat și activitatea cu Orchestra IRIS.
În martie 2014, Michael Stern a făcut istorie împreună cu Simfonia din Kansas City și Engage Mobile Solutions când au folosit patru perechi de Google Glass în același timp pentru a înregistra o interpretare a Simfoniei a V-a de Beethoven.
.