La soprano suédoise Nina Stemme naît à Stockholm en 1963. Dans son enfance, elle joue de l’alto et du piano avant de s’inscrire à l’école du chant choral d’Adolf Fredrik. Parallèlement à ses études en finance et administration à l’Université de sa ville natale, elle est membre de l’Opéra Studio de la maison lyrique de Stockholm. En 1984, elle sort diplômée du Collège universitaire de l’opéra.

Ses débuts scéniques ont lieu à Cortone en Italie, en 1989 dans le rôle de Chérubin dans Les Noces de Figaro de Mozart. Deux ans plus tard, elle fait sa première apparition à l’Opéra royal de Suède dans un rôle secondaire (l’ombre de Ribbings) dans Gustaf Wasa de Johann Gottlieb Naumann. En 1993, elle remporte le concours de chant Opéralia, présidé par Plácido Domingo qui l’emmène ensuite en tournée avec lui pour deux concerts du Nouvel An, à Paris et à Munich). L'année suivante (1994), Nina Stemme débute au Festival de Bayreuth en Freia dans L’Or du Rhin, alors que quelques mois plus tard elle fait son premier grand rôle à Stockholm, le Chérubin (Les Noces). En 1995, elle y est invitée à interpréter Cio-Cio San dans Madame Butterfly de Puccini.

2000 marque ses débuts au Metropolitan Opera de New York en Senta dans Le Vaisseau fantôme de Wagner, avec Valery Gergiev dans la fosse, alors qu’en 2001 elle interprète le rôle-titre de Lady Macbeth de Mzensk de Chostakovitch à Genève. En 2002, Nina Stemme débute au Festival de Salzbourg dans Le Roi Candaule d’Alexandre Zemlinsky, interprétant le personnage de Nyssia sous la direction musicale de Kent Nagano. Les rôles wagnériens deviennent son répertoire de prédilection et l’année suivante (2003) elle chante Senta (Le Vaisseau fantôme) pour ses débuts à l’Opéra d’État de Vienne et incarne Isolde à Glyndebourne, rôle qu’elle reprend pour son retour à Bayreuth en 2005. Elle débute sur la scène de Covent Garden à Londres en Amelia dans Un Bal masqué de Verdi, avec notamment le baryton Dmitri Hvorostovsky dans la distribution. En 2006, elle prend le rôle-titre d’Aida à Zurich et se voit décorer comme Hovsångerska (Chanteuse à la cour du roi) par le roi de Suède Charles XVI Gustave. En 2009, elle interprète pour la première fois le personnage de Brünnhilde dans Siegfried, dans le cadre de la nouvelle production de l’Anneau de Nibelung à Vienne. La même année, l’Opéra d’État de Bavière lui ouvre ses portes pour une production du Vaisseau fantôme de Wagner (rôle de Senta) signée par Peter Konwitschny. En 2010, elle débute à La Scala de Milan dans La Walkyrie (Brünnhilde) dirigée par Barenboim, ainsi qu’à l’Opéra de Paris la saison suivante (2011) dans Tannhäuser (Elisabeth). En 2012, Nina Stemme obtient le prestigieux titre de Österreichische Kammersängerin (Chanteuse de chambre autrichienne), attribué par l’Opéra de Vienne. En 2014, elle incarne Minnie dans La Fille du Far-West de Puccini à l’Opéra de Paris, alors qu’en 2016, elle chante les rôles-titres de Turandot et Elektra au Metropolitan de New-York. Elle prend les rôles de Kundry dans Parsifal en 2017 et de la Teinturière dans La Femme sans ombre de Strauss en 2019 à l’Opéra de Vienne.  

Au mois de septembre 2019, Nina Stemme se produira avec l’Orchestre philharmonique de New-York dans la version de concert Le Château de Barbe-Bleue de Bartók (rôle de Judith), aux côtés de Johannes Martin Kränzle. En octobre, elle interprétera la Teinturière dans La Femme sans ombre à Vienne, avant de participer à deux concerts  dédiés à Wagner avec l’Orchestre de l’Opéra de Paris et Philippe Jordan à Vienne et Hambour. Elle sera Tosca au mois de novembre puis Isolde en décembre à l’Opéra allemand de Berlin. En février 2020, elle chantera Judith dans Le Château de Barbe-Bleue à Munich et puis le rôle-titre dans Fidelio en concert, dans la tournée européenne (dont TCE à Paris) avec les phalanges suédoises. Au mois de mars, elle sera Brünnhilde dans L’Anneau de Nibelung à Vienne, puis, en avril, la Princesse Turandot au Metropolitan Opera House. En mai, elle chantera le rôle-titre d'Elektra au ROH.