Do povědomí hudebních posluchačů se dostala jako hlavní zpěvačka finské symfonické metalové skupiny Nightwish, kterou také společně s Tuomasem Holopainenem a Emppu Vuorinenem v roce 1996 založila. Tvrdý zvuk a rychlé kytarové riffy skupině brzy přinesly popularitu, a to jak mezi posluchači, tak i hudebními kritiky. Jejich hudební styl, často označovaný jako opera metal, se rovněž stal inspirací mnoha metalovým kapelám.

V říjnu 2005 Tarja Turunen skupinu Nightwish z osobních důvodů opustila a vydala se na sólovou dráhu.