Művészeti pályafutását Székely Bertalan tanítványaként kezdte a Mintarajziskolában, majd évekig Párizsban élt. Már párizsi évei alatt felfigyeltek grafikai tehetségére. Részt vett az 1900-as párizsi világkiállítás előkészítésében, s szőnyegeivel bronzérmet nyert. 1901-ben barátjával, Körösfői Kriesch Aladárral megalapították a gödöllői művésztelepet, ahová 1907-ben költözött feleségével, Kriesch Laurával. Nagy Sándor a naturalizmusból jutott el a szecesszióhoz, Tolsztoj meggyőződéses hívének vallotta magát.

Több műfajban is alkotott: bőr-, hímzés-, faliszőnyeg-, üveg-, festmény- és bútorterveket is készített. Témái gyakran bensőségesek, líraiak, misztikusak. Stílusa a naturalizmus és az erős stilizáltság között mozog. Számos könyvillusztrációja közül kiemelkednek az Ady-versekhez készítettek. A gyermekkönyv-illusztráció szecessziós megújítója volt. Készített gobelint, szőnyeget, díszpárnákat, tervezett ruhákat. Körösfőivel együtt készítették a Nemzeti Szalon üvegfestményeit és falképét. Üvegfestményei nemzetközi hírnevet szereztek számára. Munkái a marosvásárhelyi Kultúrpalotában, a lipótmezei elmegyógyintézetben, a pesterzsébeti Szt. Erzsébet templomban láthatók. A Magyar-Holland Társaság felkérésére elkészítette a Vilma királynő c. freskóját a hágai királyi palota fogadástermébe. 1934-től 10 évig tanította a freskó- és mozaiktechnikát a Képzőművészeti Főiskolán. Szecessziós törekvéseket hordozó műveit külföldön és itthon több kiállításon mutatta be. Iparművészeti terveiben a népi, különösen a kalotaszegi ornamentikát használta fel. Több külföldi és belföldi aranyérem és nagydíj birtokosa volt. A szecesszió egyik legjelentősebb magyar képviselője. Néhány művét az Magyar Nemzeti Galéria őrzi.