Nimke saavutti ensimmäisen arvokisamitalinsa Perthin MM-kilpailuissa 1997, mistä hän sai 1 kilometrin aika-ajon pronssia. Seuraavissa MM-kilpailuissa 1998 Bordeaux'ssa hän saavutti joukkuesprintin pronssia. Seuraavan kauden MM-kilpailuissa Berliinissä hän sijoittui pronssille aika-ajossa ja joukkuesprintissä. Sydneyn olympialaisissa 2000 hän saavutti hopeaa aika-ajossa. Vuonna 2001 hän voitti Euroopan-mestaruuden joukkuesprintissä. MM-kilpailuissa 2003 hän saavutti uransa ensimmäisen maailmanmestaruuden voittamalla kultaa aika-ajosta. Seuraavan vuoden Ateenan olympialaisissa hän saavutti uransa toistaiseksi ainoan olympiavoiton voittamalla joukkuesprintin kultaa Jens Fiedlerin ja René Wolffin kanssa. Samoissa kisoissa hän sijoittui kilometrin aika-ajossa pronssille. Seuraavien vuosien MM-kilpailuissa, 2005 Los Angelesissa ja 2006 Bordeaux'ssa, hän saavutti arvokisamitalit sijoituttuaan pronssille vuonna 2005 joukkuesprintissä ja vuonna 2006 henkilökohtaisessa sprintissä. Palman MM-kilpailuissa 2007 hän sai pronssia joukkuesprintissä. Pekingin olympialaisissa Nimke saavutti pronssia joukkuesprintissä Rene Endersin ja Maximilian Levyn kanssa. MM-kilpailuissa 2009 hän saavutti uransa toisen maailmanmestaruuden voittamalla kultaa aika-ajosta. Samoissa kisoissa hän saavutti pronssia joukkuesprintissä. Ballerupin MM-kilpailuissa 2010 hän voitti kultaa joukkuesprintissä. Hän voitti samana vuonna myös joukkuesprintin Euroopan-mestaruuden. Apeldoornin MM-kilpailuissa 2011 hän sai kultaa kilometrin aika-ajossa ja Ranskan hylkäyksen jälkeen myös joukkuesprintissä. Hän voitti 2011 myös joukkuesprintin Euroopan-mestaruuden. Melbournen MM-kilpailuissa 2012 hän voitti kilometrin aika-ajon.