Nathalie Stutzmann est née le 6 mai 1965 dans une famille de musiciens. D'un père baryton et d'une mère soprano, Nathalie Stutzmann s'oriente d'abord vers le piano avec lequel elle obtient un premier prix en 1982, et le basson. C'est dans les années 1980 qu'elle s'oriente vers le chant. Elle remporte en 1983 le Concours Musical International Reine-Elisabeth de Belgique. La même année, elle remporte le 1er prix de chant et art lyrique du conservatoire de Nancy.
Elle fait ses premiers pas sur scène par hasard, en remplaçant au pied levé Jessye Norman. Suite à ce concert, elle signe un contrat avec le label Erato. Elle enregistrera également chez Calliope, Naïve, Hypérion, EMI et Sony. Nathalie Stutzmann est une artiste discrète. Peu mise en avant car contralto, Nathalie, de par son tempérament est très réservée. Sur scène et sur album, elle multiplie en revanche les collaborations avec les plus grands chefs et musiciens, du baroque à la musique contemporaine. À noter ses collaborations avec l'Ensemble Equilbey de Laurence Equilbey, les Arts Florissants de William Christie, l'Ensemble Matheus de Jean-Christophe Spinosi, le London Symphony Orchestra, l'Orchestre de Paris....
Sa collaboration la plus marquante reste celle avec le chef japonais Seiji Ozawa. D'abord pour l'enregistrement de la Symphonie n°2 de Gustav Mahler et ensuite pour la relation nouée entre les deux artistes. Seiji Ozawa va enseigner la direction d'orchestre à Nathalie Stutzmann. Cette dernière va plusieurs fois diriger le Mito Chamber Orchestra.
Natahlie Stutzmann créé en 2009 l'ensemble Orfeo 55 qu'elle dirige et avec lequel elle enregistre en 2011 sur le label Deutsche Grammophon, Vivaldi Prima Donna. Elle donne des masterclasses sur le chant dans le monde entier. Nathalie Stutzmann a été élevée au grade de Chevalier des arts et des lettres. L'année suivante, la chanteuse finalise le projet d'associer plusieurs chorals et pièces instrumentales de Jean-Sébastien Bach pour en faire une cantate qu'elle intitule Cantate Imaginaire. Cet enregistrement paru fin 2012 lui vaut l'approbation de la critique et une mise en lumière dans les médias.
