Nagano, Enkel japanischer Einwanderer, wurde 1951 in Kalifornien geboren, wo er schon früh Klavierspielen lernte und als Achtjähriger bereits den Kirchenchor dirigierte. Nach seinem Studium der Soziologie und Musik in Oxford und Kalifornien dirigierte er zunächst in Boston.
Eine enge Freundschaft mit dem Komponisten Olivier Messiaen führte Nagano nach Frankreich, wo er später musikalischer Leiter der Opéra National de Lyon wurde. In Deutschland leitete er das Deutsche Symphonie-Orchester Berlin und war Generalmusikdirektor der Bayerischen Staatsoper. Nagano ist Chef des Orchestre symphonique de Montréal, und im Herbst 2015 wird er die Leitung der Hamburgischen Staatsoper übernehmen.