Nathalie Stutzmann naît le , à Suresnes, dans une famille d'artistes lyriques. Son père, baryton, et sa mère, soprano lyrique, lui montrent la voie. Dès son plus jeune âge, Stutzmann fait des études approfondies de piano, basson, musique de chambre et direction d’orchestre[3]. Elle obtient un premier prix de piano et de musique de chambre en 1982. Elle étudie également le basson et commence ses études de chant avec sa mère, Christiane Stutzmann[4].
En 2008, elle commence une carrière de chef d'orchestre lors d'une tournée au Japon. En 2009, elle fonde son propre orchestre de chambre, Orfeo 55, un ensemble jouant aussi bien sur instruments baroques que modernes. Son ensemble s’est déjà produit en France, à Metz, Paris, Strasbourg, Angers, Avignon, Toulouse mais aussi en Espagne, notamment à Madrid et Valence, en Suisse, aux Pays-Bas, ainsi que dans les grands festivals, comme ceux de Verbier, Ambronay, St Riquier, Sisteron, Auvers sur Oise ou Sablé sur Sarthe[3]. L'orchestre a mis fin à ses activités en 2019[5].
Son disque Prima Donna, sorti en avril 2011, est son premier en tant que chanteuse et chef d'orchestre. Elle y reprend des airs pour contralto d'Antonio Vivaldi extraits d'opéras et oratorios dont Judita Triomphans, Arsilda Regina di Ponto, Tieteberga, Il Giustino, L’Olimpiade, La Costanza trionfante dell ‘Amore e dell’ Odio, Andromeda liberata, l’Altenaïde, Semiramide… En novembre 2012, son disque Une cantate imaginaire est consacré aux airs chantés et pièces orchestrales de Johann Sebastian Bach qu'elle affectionne : Erbarme dich de la Passion selon saint Matthieu, Bist du bei mir, Jésus que ma joie demeure, la Sinfonia de la Cantate BWV 174, la Sinfonia de la Cantate BWV 42… En 2014, son disque Heroes from the Shadows, paru chez Erato (label), met en lumière les héros de l’ombre dans les opéras de Georg Friedrich Haendel. On y retrouve des airs extraits de Giulio Cesare, Orlando, Radamisto, Amadigi, Silla ainsi qu'un duo avec le contre-ténor Philippe Jaroussky. En 2017 sort Quella Fiamma, dédié aux airs du recueil des Arie Antiche, et en 2020 Contralto, un hommage aux grandes contraltos du XVIIIe siècle.
En décembre 2020, elle est nommée cheffe invitée principale de l’Orchestre de Philadelphie, après avoir été chef principal invité de l'orchestre de la radio-télévision irlandaise de Dublin de 2017 à 2020.
Elle fera ses débuts de chef au Metropolitan Opera de New York en octobre 2021.
Elle est sous contrat d'exclusivité avec la maison de disque Erato, aussi bien comme chanteuse que chef d'orchestre[8].
Elle a appelé son ensemble Orfeo 55 en hommage au personnage d'Orphée, son premier amour lyrique, et y a ajouté 55 car le 5 est un chiffre qui marque sa vie[15].
Le logo de son ensemble Orfeo 55 est une statuette en papier mâché qui rappelle Alberto Giacometti et qu'on lui a offerte alors qu'elle chantait avec l'Orchestre Symphonique de São Paulo au Brésil[16].
« Il y a deux types d’artistes : ceux qui s’attachent toute leur vie à montrer à quel point ce qu’ils sont en train de faire est difficile – ils ont leur public –, puis il y a ceux qui passent leur vie à essayer de faire croire que ce n’est pas du tout difficile, catégorie à laquelle j’appartiens. C’est sans doute aussi une forme de folie. C’est moins spectaculaire, peut-être, mais je préfère que le public puisse aller à l’essentiel. Je ne veux pas qu’il s’arrête à la performance, tout en la remarquant, mais qu’il puisse s’abandonner d’abord à la beauté de la musique. »[15]
« Je rêve d’une belle basse ou d’un vrai mezzo-grave. Le son grave existe dans notre société. Il faut rétablir la balance. »[17]
« J'ai toujours ressenti ce désir de diriger un orchestre, cela a toujours été ma seconde passion, mon deuxième rêve. La voix était prioritaire pour des raisons évidentes de temps et d'âge, et la décision de créer mon orchestre est survenue à un moment où j'étais consciente d'avoir réalisé une grande partie de mes rêves en tant que chanteuse. »[16]
↑(en-US) « The "truly enchanted wand of Nathalie Stutzmann" conducting Wagner's Tannhäuser », Nathalie Stutzmann, contralto and conductor, (lire en ligne, consulté le 28 août 2017)
↑(en-US) « Critically acclaimed performances of Mefistofele at the Chorégies d'Orange », Nathalie Stutzmann, conductor and contralto, (lire en ligne, consulté le 30 août 2018)