退役之后，纳格尔斯曼并未立即涉足教练工作，而是于2008年初先担任了奥格斯堡的球探职务，同年夏季卸任此职；紧接着，他在夏季转投慕尼黑1860，担任U17梯队的助理教练，正式踏上了教练生涯的征途；在此期间，他协助了包括亚历山大·施密特和伊维察·埃西格在内的多位主教练，直至2010年6月结束这一阶段的执教辅助工作。

2010年夏天，纳格尔斯曼加入了霍芬海姆，担任U17队的助理教练，辅佐萨韦尔·泽巴德。2011年夏天，他晋升为该队的主教练。2013年1月，纳格尔斯曼进一步被提拔为霍芬海姆的助理教练，以25岁的年龄成为了德甲历史上最年轻的助理教练，并先后辅佐了马尔科·库尔茨和马库斯·吉斯多尔。

2013年夏天，纳格尔斯曼被任命为霍芬海姆U19队的主教练，直至2016年2月卸任；在此期间，他带领霍芬海姆U19队共出战了73场比赛，取得了52胜10平11负的战绩；在他的率领下，球队成功夺得了2013-14赛季德国U19联赛冠军、2013-14赛季德国U19西/西南联赛冠军以及2014-15赛季德国U19西/西南联赛冠军；值得一提的是，在担任霍芬海姆U19队主教练期间，纳格尔斯曼还曾拒绝了拜仁慕尼黑的邀请。

2015年秋天，霍芬海姆就宣布纳格尔斯曼将会从本赛季结束开始执教球队，他曾经拒绝过拜仁的邀请，前拜仁主席赫内斯曾有意让他到拜仁青训营任教。

2016年2月11日，纳格尔斯曼成为霍芬海姆一线队主教练，28岁的他也成为德甲历史上最为年轻的主教练。

2017-18赛季中，纳格尔斯曼未能带领霍芬海姆闯入欧冠正赛，他们在欧冠资格赛中不敌利物浦，随后进入了欧联杯小组赛，但未能成功出线；不过，在德甲赛场上，霍芬海姆在纳格尔斯曼的率领下取得了显著进步，获得了第3名的佳绩，连续两个赛季获得欧冠资格，并且这一次是直接进入了正赛。

2018年9月19日，在欧冠小组赛第1轮中，霍芬海姆客场与顿涅茨克矿工战成2-2平；凭借这场比赛，纳格尔斯曼以31岁零58天的年龄，成为了欧冠正赛史上最年轻的主教练。2019年1月18日，在德甲联赛第18轮中，纳格尔斯曼迎来了执教生涯的第100场德甲赛事，他同时成为了完成这一里程碑的最年轻主教练；然而，在这场比赛中，霍芬海姆主场1-3不敌拜仁慕尼黑；在2018-19赛季结束后，纳格尔斯曼卸任了霍芬海姆主教练一职，期间他带领球队出战了136场比赛，取得了55胜43平38负的战绩。

2018年6月21日，还在执教霍芬海姆的纳格尔斯曼提前与莱比锡红牛足球俱乐部达成协议，他将从2019-20赛季担任莱比锡红牛主教练。

2019年7月1日，纳格尔斯曼出任莱比锡主帅，并带领球队于2019-20赛季闯入欧冠半决赛；8月11日，在德国杯第1轮中，纳格尔斯曼迎来了他执教新球队莱比锡红牛的处子秀；他率领球队客场以3-2的比分击败了奥斯纳布吕克。在2019-20赛季中，纳格尔斯曼带领莱比锡红牛在德甲赛场上与拜仁慕尼黑的两场对决均以平局告终，最终球队取得了联赛第3名，获得了欧冠参赛资格；在欧冠赛场上，纳格尔斯曼的球队先从小组赛中成功突围，随后在1/8决赛中双杀了热刺，并在1/4决赛中以2-1的比分力克马德里竞技；他也因此以33岁的年龄，成为了欧冠史上杀进四强最年轻的主教练；然而，莱比锡红牛在欧冠赛场上未能更进一步，他们在半决赛中以0-3的比分负于巴黎圣日耳曼，无缘决赛。

在2020-21赛季，纳格尔斯曼继续带领莱比锡红牛取得了显著的成绩；他们夺得了德甲亚军，再次获得了欧冠参赛资格，并成功杀进了欧冠16强；同时，他们还拿到了德国杯亚军；赛季结束后，纳格尔斯曼卸任了莱比锡红牛主教练一职；在执教期间，他带领球队出战了95场比赛，取得了54胜22平19负的战绩。

2021年7月1日，纳格尔斯曼出任拜仁慕尼黑主教练；双方签约至2026年6月底，为期5年；8月，在德国超级杯上，纳格尔斯曼带领拜仁3-1击败多特，夺得冠军；这是纳格尔斯曼取得上任以来首胜，也收获了个人执教生涯的首座奖杯；9月，纳格尔斯曼率领拜仁在德甲前6轮共计打进23球，创造了德甲新上任主帅的同期进球纪录；10月21日，纳格尔斯曼新冠检测呈阳性。2021-22赛季，纳格尔斯曼率拜仁夺得德甲冠军，成为德甲历史上率队夺冠第二年轻的主帅。

2022年7月30日，在德国超级杯决赛中，纳格尔斯曼率领拜仁慕尼黑5-3击败莱比锡红牛夺冠。在欧冠赛场上，纳格尔斯曼率领从小组赛中突围后，在1/8决赛遭遇巴黎圣日耳曼，在他的帮助下，拜仁慕尼黑先是客场1-0取胜，然后回到主场2-0再胜，最终总比分3-0双杀巴黎圣日耳曼晋级八强。10月，欧冠小组赛第5轮，纳格尔斯曼率领拜仁在客场3-0击败巴萨，成为欧冠历史上首位带队4次击败巴萨的主帅，打破此前由穆里尼奥保持的纪录。

2023年3月19日，在德甲联赛第25轮中，拜仁慕尼黑主场1-2负于勒沃库森，进而丢掉了联赛榜首，纳格尔斯曼随后在3月24日被解雇。在拜仁慕尼黑执教期间，纳格尔斯曼带队出战84场比赛，取得60胜14平10负，夺得1个德甲冠军和2个德国超级杯冠军。

2023年9月22日，德国足协官方宣布，纳格尔斯曼出任德国国家队主帅，将带队征战2024年欧洲杯；10月15日，纳格尔斯曼率领德国队在友谊赛中3-1逆转美国队，迎来执教国家队开门红，成为德国历史上第二位在执教首秀中逆转取胜的主帅。

2024年4月19日，德国足协官方宣布，纳格尔斯曼续约至2026年，将继续执教德国国家队直至2026年美加墨世界杯；6月，纳格尔斯曼以36岁327天的年龄成为欧洲杯这项赛事自从创立以来至今最年轻的主教练；6月20日，欧洲杯小组赛A组第2轮，执教的德国队2-0战胜匈牙利队，提前出线；因满足出线条款，纳格尔斯曼与德国队合同正式确认到2026年；6月24日，欧洲杯小组赛A组第3轮，执教的德国队以1-1战平瑞士队，以小组第一出线；6月30日，欧洲杯1/8决赛，纳格尔斯曼成为欧洲杯历史上淘汰赛阶段最年轻的主教练，并率领德国队2-0战胜丹麦队，晋级八强；7月6日，欧洲杯1/4决赛，执教的德国队历经加时以1-2负于西班牙队。

2018年，纳格尔斯曼与青梅竹马维蕾娜走进婚姻殿堂，并育有两个孩子。

2022年6月3日，德国媒体《图片报》消息称，纳格尔斯曼与相恋15年的太太正在离婚，他已经搬离两人的居所。6月30日，《图片报》消息称，纳格尔斯曼的新女友是该报记者莱娜·武尔岑贝格尔（Lena Wurzenberger）。之后《图片报》调整了莱娜·武尔岑贝格尔的职位，莱娜·武尔岑贝格尔成为该报的一名报道警方案件的记者。2023年3月24日，纳格尔斯曼正式被拜仁慕尼黑解职，其女友莱娜·武尔岑贝格尔已经辞去其在德国某大型报社的工作，原因是拜仁更衣室对其工作性质缺乏信任，担心球队大量秘闻会随着纳帅的离任而见诸媒体。

2022年11月，纳格尔斯曼与女友一起在慕尼黑参加时尚活动“Esquire Townhouse”。

在过去的几周里，纳格尔斯曼在某种程度上重新定义了德国队主帅的角色，他的表现方式，散发出令人难以置信的能量，不可思议的精气神，整个教练团队的表现令人印象深刻。”（德国足协主席诺伊恩多夫 评）

“纳格尔斯曼和他的教练团队成功地创造这种团队精神，也让球迷们兴奋起来。我很清楚，这需要的不仅仅是一次公开训练。最重要的是你踢出好看的足球，这是一切的基础，这是创造这种快乐的唯一途径。”（德国足协体育总监沃勒尔 评）