En 1988, se trasladó al Instituto de Investigaciones Biomédicas (CSIC-UAM) también Madrid, donde estudió muerte celular programada en células del sistema inmune. En 1989 inició sus trabajos en el National Institute for Medical Research en Londres donde identificó  genes implicados en el desarrollo del sistema nervioso.

Regresó a España en 1993 al Instituto Cajal de Madrid, también del CSIC. Desde entonces, dirige un grupo de investigación interesado en los mecanismos que regulan los movimientos celulares. Su principal contribución ha sido la identificación de genes y mecanismos que determinan la formación de órganos en el embrión, y la demostración de que la reactivación de estos genes embrionarios en el adulto da lugar a enfermedades como la progresión del cáncer, la fibrosis, o defectos en el crecimiento y la mineralización de los huesos.

Angela Nieto es miembro de la Organización Europea de Biología Molecular (EMBO), Vicepresidenta del Consejo del Laboratorio Europeo de Biología Molecular (EMBL Council), Miembro de la Academia Europaea, Presidenta de la Sociedad Española de Biología del Desarrollo, Miembro del Consejo de Directores de la Sociedad Internacional de Diferenciación y de Comités Editoriales de publicaciones internacionales incluyendo EMBO J, EMBO reports, Current Opinion in Genetics and Development, Mechanism of Development; Gene Expression Patterns, Trends in Cell Biology e International Journal of Developmental Biology. Angela Nieto ha publicado más de 110 trabajos originales  en revistas internacionales que han acumulado cerca de 20.000 citas (Google Scholar, Mayo 2015).

Ha recibido invitaciones a cerca de 100 congresos y más de 130 instituciones en más de 25 países.  Entre otros, ha recibido los premios “Carmen and Severo Ochoa” (2004), “Fundación Francisco Cobos” a la Investigación Biomédica (2005), “Alberto Sols” a la mejor labor investigadora (2008) y “Rey Jaime I” en Investigación Básica (2009).