26 år gammel ble han presteviet den 28. oktober 1890 i bispedømmet Luxembourg. Fra 1894 til 1901 var han kapellan og kordirektør ved Notre Dame-katedralen i Luxembourg. Den 23. desember 1901 ble han utnevnt til sogneprest i Keel. I 1913 ble han sogneprest i Bettembourg.
Han ble biskop etter en lang periode med sedisvakans; hans forgjenger biskop Johannes Joseph Koppes døde i november 1918. Årsaken til at bispesetet ble stående tomt i hele femten måneder var at det var uvisst om storhertugdømmet Luxembourgs ville forbli nasjonalt selvstendig.[3] Vatikanet valgte Nommesch som ny biskop fordi man ønsket en politisk nøytral, pro-luxemburgsk kandidat som verken helte mot Belgia eller mot Tyskland, og som kunne aksepteres av de ulike politiske fraksjonene internt i Luxembourg.
Nommesch ble sittende som biskop til han døde i 1935. Hans tid som biskop var preget av forsoning og gjensidig forståelse mellom stat og kirke:[3] Striden rundt de katolske skoler fant en kompromissløsning i 1921, slik at den religiøse oppdragelse og opplæring, relegert til menighetene siden 1912, nå atter skulle finne sted i det offentlige utdannelsessystem.[3] Hans episkopat var preget av at han vektla lojalitet til monarkiet og luxemburgske tradisjoner,[trenger referanse] nærhet til Roma (med pilegrimsferder til Den evige stad og til Lourdes, og feiring av årsdagene for de pavelige kroninger) og venerasjon av Jomfru Maria. Han hadde lovet at Notre Dame-katedralen skulle bli utbygget, og i mai 1935 ble dette arbeidet iverksatt. Etter at Nommesch døde i oktober 1935 fortsatte byggearbeidene under hans etterfølger Joseph Laurent Philippe.
I hans tid som biskop ble det feiret en stor nasjonal eukaristisk kongress i 1924, og Jesu Hellige Hjerte fikk en mer fremtredende plass i troslivet. Presteseminaret i Limpertsberg ble gjenoppbygd i 1930, og etter 1930 fant det sted en konsolidering av lokale grupperinger av den såkalte «Azzione Catolica».[3]
