Noemí Gerstein exerce d’abord comme professeure de sciences afin de financer ses études à l’Escuela Superior de Bellas Artes et au Club de Mujeres de Buenos Aires – l’une des premières associations féministes de la ville –, où elle se forme à la sculpture. À partir de 1934, elle fréquente l’atelier d’Alfredo Bigatti (1898-1964). Ses premières œuvres – souvent primées lors de salons provinciaux et nationaux – expriment l’esthétique de son maître. On y trouve des figures humaines en bronze, par exemple Nausicaa (1939).
Après une exposition personnelle à la galerie Peuser (1948), une bourse du gouvernement français lui permet de séjourner à Paris en 1950-1951. Elle y suit les cours de l’École des beaux-arts et fréquente l’atelier du cubiste Ossip Zadkine (1888-1967) à l’académie de la Grande-Chaumière, dont résulte la série Maternidades [Maternités, 1952-1954], où ses formes s’ouvrent et s’épurent.
Sa première œuvre abstraite en métal la consacre au niveau international. Elle est en effet l’un·e des lauréat·es du concours pour le Monument to the Unknown Political Prisoner, organisé par l’Institute of Contemporary Arts de Londres ; sa maquette est exposée en 1953 à la Tate Gallery. N. Gerstein se définit dès lors comme artiste non figurative. En 1955, elle intègre l’association Arte Nuevo, fondée par Arden Quin (1913-2010) et Aldo Pellegrini (1903-1973). Sa poétique se concentre sur les matériaux métallurgiques : aluminium, fer, bronze, acier inoxydable, laiton ou argent en feuilles, fils ou tubes.

Du milieu des années 1950 à la fin des années 1960, elle utilise des métaux finis et soudés. Au moyen d’outils qu’elle trouve dans l’atelier de son mari, elle assemble de fines tiges et des tubes de fer ou de bronze sous la forme de grandes structures compactes et verticales. Dans son œuvre, le dynamisme des compositions et la présentation littérale du matériau sont associés à des formes lyriques et à des titres empruntés à la fiction ou à l’allégorie, par exemple El samurai [Le Samouraï, 1961]. Les volumes s’ouvrent à l’occasion en lignes radiales, à moins que l’artiste n’assemble de grandes plaques courbes d’acier inoxydable en structures verticales ou horizontales, comme dans Marejada [Houle, 1970]. En parallèle, N. Gerstein explore le petit format dans la sculpture et la joaillerie et réalise des reliefs à partir de résidus de fonderie, d’écrous ou de rondelles sur du polystyrène expansé ou de l’aggloméré. Dans les années 1970, elle réalise des pièces modulaires de bronze poli aux volumes nets, la sphère étant sa forme privilégiée, par exemple dans Soles y lunas [Soleils et lunes, 1975], qui articule les contrastes entre brillance et opacité et entre profusion et synthèse.

N. Gerstein obtient une reconnaissance internationale et expose à la Biennale de Venise (1956, 1962 et 1964), au MoMA de New York (1959 et 1967), à la galerie Roland de Aenlle, à New York (1960), au musée Rodin, à Paris (1961), à l’Organisation des États américains, à Washington (1960) et au musée d’Art moderne de Paris (1962). L’État israélien la désigne parmi les douze personnalités artistiques les plus influentes du monde (1969). Elle participe ensuite à la 11^eBiennale de sculpture du musée de Sculpture en plein air de Middelheim, à Anvers (1971), et offre une œuvre au musée de la Solidarité Salvador-Allende, au Chili (1973). En Argentine, où elle remporte le concours de sculpture de l’institut Torcuato-Di-Tella (1962), elle devient la première femme membre titulaire de l’Academia Nacional de Bellas Artes (1975) et reçoit le prix Konex de platine et le grand prix d’honneur du Fondo Nacional de las Artes (1982).