Ve svých osmnácti letech pokračovala ve studiu klasického zpěvu na finské Sibeliově akademii. Ve stejné době Tarja dostala nabídku od svého spolužáka Tuomase Holopainena k účasti na společném akustickém projektu a návrh přijala. Po krátké době se k nim přidal kytarista Emppu Vuorinen a vznikla skupina Nightwish. V roce 1997 vydalo finské vydavatelství Spinefarm Records jejich debutové album Angels Fall First, kombinující metal a klasickou hudbu. Ve stejné době se Tarja zúčastnila Savonlinnského operního festivalu, a tím se zapsala do povědomí posluchačů jako zpěvačka dvou odlišných druhů zpěvu – metalu a klasické hudby.
Roku 1998 následovalo další album Nightwish, Oceanborn, které obsahovalo písně jako Sleeping Sun nebo cover-verzi Walking In The Air. Album se brzy mohlo pyšnit platinovým titulem. Oceanborn vynesl Nightwish až na vrchol. Vokalistku skupiny Nightwish obsazovalo na titulní stranu mnoho rockových a metalových magazínů, jako Metallian, Blue Wings, Metal Hammer, Rock Hard, Metal Heart aj. Ve velkém množství z nich ji také čtenáři zvolili nejlepší zpěvačkou roku.
Poté si dala Tarja pauzu kvůli dokončení studia a vedlejším projektům. Koncem roku 1999 Tarja přijala nabídku jako sólová zpěvačka v moderním baletu Evankeliumi („Evangelium“) ve Finské národní opeře. Představení byla vyprodána.
V roce 2000 vyšlo další album Nightwish, Wishmaster a stalo se po několika týdnech taktéž platinovým. Po něm následující deska Over The Hills And Far Away byla platinově oceněna hned dvakrát po sobě a podobně se jí vedlo i v jiných zemích. Během nahrávání vokálů k Century Child si Tarja našla čas i pro hostování na desce Beto Vázquez Infinity stejnojmenné argentinské metalové kapely, na které byly vokální linky nazpívané Tarjou velkým pomocným prvkem a prodávalo se v celé Evropě.
Nové album Once zajistilo Nightwish ještě větší popularitu po celém světě a následující světové turné bylo největší, jaké kdy finská kapela měla. Tentýž rok byl pro Tarju velmi náročný, protože začala s natáčením svého vánočního alba. Brzy jí vyšel sólový singl Yhden enkelin unelma („Sen jednoho anděla“), které bylo v krátké době oceněno taktéž platinovou deskou.