Sein Forschungsschwerpunkt liegt darin, herauszufinden, welche grundlegenden und stabilen Eigenschaften bestimmte Arten von „Räumen“ haben, die in der Mathematik verwendet werden. Dazu gehören etwa die Definitionsbereiche analytischer Funktionen in der komplexen Analysis oder Lichtstrahlenräume in der allgemeinen Relativitätstheorie.

Nemirovski studierte Mathematik an der Lomonossow-Universität Moskau, wo er 1998 auch promovierte. 1999 wurde er Wissenschaftliches Mitglied des Steklow-Instituts für Mathematik in der russischen Hauptstadt und habilitierte sich dort 2007.

Von 2001 bis 2025 forschte er an der Ruhr-Universität Bochum im Rahmen diverser Projekte der Deutschen Forschungsgemeinschaft. Seit April 2025 ist Stefan Nemirovski Professor an der Bergischen Universität.