W latach 1978–2008 był dyrektorem muzycznym Berkeley Symphony Orchestra. W 1984 został asystentem Seiji Ozawy w Bostońskiej Orkiestrze Symfonicznej. Był też dyrektorem Ojai Music Festival oraz wykładał w Tanglewood Music Center. Pełnił funkcję dyrektora muzycznego Opéra National de Lyon (1989–1998) i The Hallé (1992–2000) w Manchesterze. Od 2000 był pierwszym dyrygentem Deutsches Symphonie-Orchester Berlin, a od 2006 jest jej dyrygentem gościnnym. W latach 2001–2004 pełnił funkcję pierwszego dyrygenta Los Angeles Opera. Był generalnym dyrektorem muzycznym w Bayerische Staatsoper (2006–2013) i dyrektorem muzycznym Orchestre symphonique de Montréal (2006–2020). Od 2015 pełni funkcję generalnego dyrektora muzycznego Staatsoper Hamburg i pierwszego dyrygenta Philharmonisches Staatsorchester Hamburg (kontrakt do 2025).
Nagano jest ceniony jako dyrygent gościnny. Był pierwszym dyrygentem gościnnym paryskiego Ensemble InterContemporain (1986–1989) oraz London Symphony Orchestra (1990–1998).