Apesar de sua postura sempre discreta, Nelson Ayres é amplamente reconhecido como umas das personalidades mais importantes da musica instrumental brasileira contemporânea, um constante inovador.
Iniciou sua carreira na década de 60, dividindo o palco com outros estudantes que traziam para São Paulo o nascente movimento da bossa nova, como Taiguara, Toquinho e Chico Buarque.
Com uma bolsa de estudos, tornou-se o primeiro aluno brasileiro a cursar o afamado Berklee College of Music em Boston, onde, com o saxofonista Vitor Assis Brasil, criou o quinteto Os Cinco, primeiro grupo de musica instrumental brasileira da costa leste americana. Nos Estados Unidos tocou e gravou com Airto Moreira e Flora Purim, Astrud Gilberto no auge de seu sucesso, Ron Carter, Walter Booker e outros músicos de peso.
Na volta para o Brasil, foi procurado por músicos profissionais paulistas para transmitir o que havia aprendido em sua temporada americana. O curso informal montado para estes músicos foi a origem da Big Band de Nelson Ayres, que pode ser considerada o principal núcleo de revigoração da musica instrumental paulista da década de 70. Durante oito anos a orquestra se apresentou todas as segundas feiras para platéias lotadas no Auditório Augusta e Opus 2004, e levou musica instrumental para o circuito universitário.
Foi também figura de destaque nos dois legendários Festivais de jazz São Paulo/Montreux, apresentando-se ao lado de Benny Carter Dizzy Gillespie e Toots Thielemans.
No início da década de 80, gravou seus primeiros discos solo. O primeiro fez parte da série Musica Popular Brasileira Contemporânea, da Phonogram. O segundo, Mantiqueira, tornou-se um disco clássico da musica instrumental.
A década de 80 foi dedicada ao Pau Brasil, um quinteto que propunha para a musica instrumental brasileira um caminho diferente do jazz-rock predominante na época. O grupo fez diversas tournées pela Europa e Japão, além de gravar vários discos lançados internacionalmente.
Com César Camargo Mariano, estrelou em 1984 o espetáculo Prisma, primeiro show brasileiro a usar intensivamente recursos de computação aliados a instrumentos eletrônicos.
Na década de 90, Nelson Ayres voltou-se novamente para a musica orquestral, atuando por nove anos como regente e diretor artístico da Orquestra Jazz Sinfônica do Estado de São Paulo, e o principal responsável por seu enorme sucesso. Tem regido freqüentemente outras orquestras no Brasil e no exterior, incluindo a prestigiosa Orquestra Filarmônica de Israel, considerada uma das melhores do mundo.
A partir de 2000 voltou a dedicar-se ao piano, liderando o Nelson Ayres Trio, que conta com a participação de Alberto Luccas, contrabaixo, e Ricardo Mosca, bateria. Foi também Presidente do júri do Premio Visa de Musica Popular Brasileira, e apresentador do programa Jazz & Cia da TV Cultura.
Atualmente é regente da Orquestra Tom Jobim, uma sinfônica jovem dedicada à música brasileira, e mantém sua parceria de muitos anos com a cantora Mônica Salmaso.
Seu mais recente projeto é a colaboração com o lendário saxofonista inglês John Surman e o vibrafonista norte-americano Rob Waring. O trio gravou o CD Invisible Threads pela prestigiosa gravadora ECM em 2018 e desde então tem sido presença constante nos mais importantes festivais europeus.
Composições de Nelson Ayres foram gravadas por César Mariano, Milton Nascimento, Monica Salmaso, Herbie Mann, Kenny Kotwick, Joyce, Ivan Lins, e Marlui Miranda, entre outros. Suas composições de musica erudita tem sido executadas por orquestras, solistas e grupos de câmara em todo o mundo, como a Orquestra Sinfônica de Jerusalém, New York Symphony Brass Quintet, Henry Bok e Julliard Brass Quintet. Foi comissionado pela Orquestra Sinfônica do Estado de São Paulo para compor seu Concerto para Percussão e Orquestra, estreado em dezembro de 2004 na Sala São Paulo.
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