Stoltenberg anklagade Ryssland och landets ställning i kriget i Ukraina för situationen.
– Jag anser att man kan säga att Natos relation till Ryssland är svårare än den varit sedan kalla kriget tog slut, sade Stoltenberg i en intervju för CNN.
– När det kalla kriget var över hoppades vi att vi kunde sträva efter ett nära samarbete med Ryssland. Men framför allt efter den olagliga annekteringen av Krim 2014 och på grund av den ständiga osäkerheten Ryssland orsakar i östra Ukraina har Natos relationer med Ryssland försämrats avsevärt.
Stoltenberg säger att Nato trots det har förbundigt sig till att agera så att spänningarna inte drivs till sin spets.
– Så länge vi förblir starka och så länge vi förblir förutsägbara kan vi föra en politisk dialog med Ryssland för att undvika att situationen tillspetsas och det uppstår ett nytt kallt krig.
Tidigare på torsdagen hann USA:s president Donald Trump konstatera att förhållandet mellan USA och Ryssland blivit farligt dåligt.
Trump skyllde problemet på USA:s kongress som förra veckan godkände nya sanktioner mot Ryssland.
Utrikes
3.8.2017
"Relationerna till Ryssland de sämsta efter kalla kriget"
Militäralliansen Natos och Rysslands relationer har försämrats tydligt, sade Natos generalsekreterare Jens Stoltenberg på torsdagen.