Известность пришла к Ксении Нестеренко после победы в телепроекте «Большая опера» в 2016 году. Будучи самой молодой участницей конкурса (на момент состязания Ксении было всего 19 лет), она стала лауреатом и обладательницей Гран-при, победив в зрительском голосовании.
В 2017 году Ксения Нестеренко получает I премию на Манхэттенском международном музыкальном конкурсе в Нью-Йорке и в том же году проходит стажировку в Академии Лирической оперы Монте-Карло (Монако).
В настоящее время она учится на I курсе Саратовской государственной консерватории имени Л. В. Собинова, а также является солисткой Саратовского академического театра оперы и балета. В театре она исполнила партии в операх «Дон Жуан» Моцарта (Донна Анна), «Тайный брак» Чимарозы (Каролина), «Жизнь за царя» Глинки (Антонида), «Травиата» Верди (Виолетта), «Пиковая дама» Чайковского (Прилепа), в оперетте «Цыганский барон» Штрауса (Арсена). В концертном репертуаре певицы – произведения Беллини, Верди, Пуччини, Гуно, Делиба, Массне, Доницетти, Моцарта, Штрауса, Глинки, Римского-Корсакова, Чайковского, Рахманинова, Дунаевского, Хренникова и других композиторов.
Ксения Нестеренко ведёт активную концертную деятельность. Её выступления прошли с известными коллективами нашей страны: Национальным филармоническим оркестром России, Государственным симфоническим оркестром «Новая Россия», Симфоническим оркестром МВД, государственным камерным оркестром «Виртуозы Москвы» и оркестром Санкт-Петербургского государственного театра «Мюзик-холл». Певица сотрудничала с Владимиром Спиваковым, Денисом Власенко, Феликсом Арановским, Фабио Мастранжело и другими дирижёрами.