Tarja empezó a estudiar música a la edad de 6 años, tocaba el piano, y a los 15 años con su maestro particular. Con 18 años, inició sus estudios superiores musicales de canto clásico en la Academia Sibelius, en la ciudad de Kuopio, en Finlandia, concentrándose en este tipo de arte. Allí tuvo como compañero a Tuomas Holopainen, quien la invitó a cantar en el proyecto que estaba elaborando por entonces.Bajo el nombre Nightwish presentaron un demo a la compañía finesa Spinefarm y grabaron el primer disco titulado Angels Fall First, el cual produjo un impacto inusitado en la escena metalera mundial. Este impacto se magnificó con la edición del segundo álbum, Oceanborn, en 1998, estableciendo a Nightwish como una de las bandas más importantes del género power metal, con cantante femenina junto con The Gathering y Theatre of Tragedy, y una influencia decisiva en exitosas bandas posteriores como Epica y Xandria. Durante el mismo tiempo, Tarja formó parte del coro del Savonlinna Opera Festival, interpretando temas de Richard Wagner y Giuseppe Verdi. A comienzos del año 2000, Nightwish participó en la clasificación finlandesa del Festival de Eurovisión, obteniendo el segundo lugar con el tema Sleepwalker y un importante apoyo del público.
Junto a Nightwish siguió trabajando en la elaboración del disco Wishmaster. Gracias a este disco, Nightwish se reposicionó con gran éxito en el mercado discográfico e inició giras por Europa y América. Gracias a ello sus miembros grabaron From Wishes to Eternity, presentación en vivo del grupo en un club de Pakkahuone, en Tampere, Finlandia. Durante esos tiempos, concedieron una beca a Tarja para realizar estudios de canto lírico en Alemania, por lo que se dudó de su continuidad en el grupo.
A pesar de ello, en la primavera de 2002 Nightwish lanzó su siguiente material discográfico, titulado Century Child, el cual logró vender unas 250 000 copias alrededor del mundo. Tras ello, Nightwish se embarcó en el World Tour of the Century, que llevaría a la banda de gira por diez países y la presentaría frente a unas 150 000 personas. A continuación, Tarja se apresuró a concluir sus estudios en Alemania al ser programados nuevos espectáculos con Nightwish debido a la alta demanda. En 2003 fue invitada por la presidenta de Finlandia, Tarja Halonen, al Palacio de la Presidencia en Helsinki, para participar en la Fiesta del Día de la Independencia Finés, conocida por ser el mayor evento social en ese país. En aquella ocasión fue elegida como «la mejor vestida» según los periódicos y revistas del momento.
El último disco que grabó con Nightwish se llama Once, que alcanzó un gran éxito comercial y embarcó al grupo en la gira mundial más grande realizada por una banda de Finlandia. Tarja se destacó por su interpretación del single Nemo, y por su trabajo vocal con Marco Hietala en Wish I Had An Angel y Romanticide, entre otros. El disco muestra un poco el estilo que seguirían tanto Tarja como Nightwish en sus futuras carreras, mezclando metal con música atmosférica. Además, se puede apreciar una renovada presentación estética debido a la comercialización obtenida gracias a la firma con Nuclear Blast, lo que hizo de Once el disco de Nightwish más vendido hasta ese momento.
Durante 2005, tras los lanzamientos de los singles The Siren y Sleeping Sun (reedición del tema Oceanborn) y un día después del último concierto de la gira Once Upon a Tour 2004-2005, presentada en el Hartwall Areena de Finlandia, Tarja fue expulsada de Nightwish mediante una carta abierta escrita por Tuomas Holopainen en la que el grupo argumentaba dicha decisión dadas las actitudes de diva y codicia de Turunen. Días más tarde, Tarja declaró que la banda tenía problemas de convivencia desde el lanzamiento deWishmaster, pero que le sorprendía la actitud de sus compañeros. Tras la publicación del DVD End of an Era la banda, así como también Tarja, dieron por cerrada esta etapa de su carrera y sus ex compañeros se dedicaron a buscar una nueva vocalista.
