ミラノ・ジュゼッペ・ヴェルディ交響楽団、トリエステ歌劇場管弦楽団、シドニー交響楽団、チャイナ・フィルハーモニー管弦楽団等、世界各国のオーケストラに客演を重ねる。国内ではNHK交響楽団を指揮してのデビュー以来、新星日本交響楽団、東京フィルハーモニー交響楽団、名古屋フィルハーモニー交響楽団、日本フィルハーモニー交響楽団、群馬交響楽団、日本センチュリー交響楽団のポストを歴任。2011年夏にはサイトウ・キネン・オーケストラにデビュー。バルトーク《中国の不思議な役人》で成功を収めた。ドイツではリューベック歌劇場音楽総監督を務め、オペラ公演、劇場専属のリューベック・フィルハーモニー管弦楽団とのコンサートの双方において数々の名演を残し、特にブラームス、マーラー、ブルックナー、ワーグナーなどがドイツメディアの高い評価を受けた。
オペラ指揮者としては1997年に日生劇場制作の《後宮からの誘拐》でデビュー。その後、ケルン歌劇場、バイエルン州立歌劇場、ベルリン・コーミッシェ・オーパー、バーゼル歌劇場、シドニー歌劇場等へも客演。芸術監督を務めるびわ湖ホールでは、2017年より4年間かけてミヒャエル・ハンペの新演出による《びわ湖リング》を上演、空前の成功を収め、《ラインの黄金》、《ジークフリート》は三菱UFJ信託音楽賞を受賞。2020年3月のコロナ禍で開催された《神々の黄昏》の無観客公演はライブストリーミング配信され、全世界から注目を集めた。
CD録音も多く、数万枚を販売するベストセラーとなった東京都交響楽団との『日本管弦楽名曲集』（NAXOS）、芸術選奨新人賞を受けた『武満 徹・ARC』（fontec）をはじめとする現代音楽のほか、日本センチュリー交響楽団とのメンデルスゾーン交響曲全集も名盤として名高い。トウキョウ・ミタカ・フィルハーモニア（旧トウキョウ・モーツァルトプレーヤーズ）とはベートーヴェンの交響曲全集をリリース後（EXTON）、定期的にレコーディングを重ねており、2018年にはモーツァルトの交響曲第40番と、弾き振りによるピアノ協奏曲第18番のカップリングが朝日新聞推薦盤となった。
また、2014年1月にはオペラ《竹取物語》を作曲、自らの指揮で初演。国内外で再演されており、びわ湖ホールでの上演は第13回三菱UFJ信託音楽賞奨励賞を受賞。
これまで出光音楽賞、渡邉暁雄音楽基金音楽賞、芸術選奨文部科学大臣新人賞、齋藤秀雄メモリアル基金賞、毎日芸術賞、中島健蔵音楽賞、文化庁芸術祭優秀賞、芸術選奨文部科学大臣賞などを受賞。2021年には「滋賀県立芸術劇場びわ湖ホールと沼尻竜典」として第51回ENEOS音楽賞洋楽部門本賞を受賞。2017年春には紫綬褒章を受章している。