Im Verlaufe seiner herausragenden Karriere, die 1959 begann, trat Nelson Freire mit Pierre Boulez, Riccardo Chailly, Charles Dutoit, Rafael Frübeck de Burgos, Valery Giergiev, Fabio Luisi, Eugen Jochum, Kurt Masur, Lorin Maazel, Rudolf Kempe, Seji Ozawa, André Previn, Yuri Temirkanov und vielen anderen auf. Er spielte mit den bedeutendsten Orchestern, darunter die Berliner Philharmoniker, das Royal Philharmonic, das NHK in Tokio, das Orchestre National de France sowie die grossen US-amerikanischen Orchester (Baltimore, Boston, Chicago, Cleveland, Los Angeles, Montreal, New York und Philadelphia). Er trat an historischen Tourneen mit Martha Argerich 2003 in Japan, 2004 in Brasilien und Argentinien, 2005 in den USA auf. In jüngster Zeit tourte er mit der Sankt Petersburger Philharmonie und der London Symphony und hielt Recitals in Europa, Russland und China.
Freire nahm für Sony/CBS, Teldec, Philips, DGG auf. Zurzeit ist er Exklusivkünstler des Labels Decca. Seine ersten Alben waren Chopin und Schumann gewidmet und erhielten beste Kritiken. Sein letztes Album, das Bach gewidmet war, erhielt 2016 den prestigeträchtigen Echo-Preis für die beste Aufnahme. Nelson Freire ist Ritter der Ehrenlegion.