Pierwszy sukces w karierze Sven Nys osiągnął w 1997 roku, kiedy podczas przełajowych mistrzostw świata w Monachium zdobył złoty medal w kategorii U-23. Wynik ten powtórzył na rozgrywanych rok później mistrzostwach świata w Middelfart, a podczas mistrzostw świata w Sint-Michielsgestel w 2000 roku zdobył swój pierwszy medal w kategorii elite. W zawodach tych zajął trzecie miejsce, przegrywając tylko z Holendrem Richardem Groenendaalem i swym rodakiem Mario De Clercqiem. Następnie wywalczył srebro na mistrzostwach świata w Zolder w 2002 roku oraz złoto na mistrzostwach świata w Sankt Wendel w 2005 roku. W 2008 roku wystąpił w kolarstwie górskim na igrzyskach olimpijskich w Pekinie, kończąc rywalizację na dziewiątej pozycji. W tym samym roku był trzeci na przełajowych mistrzostwach świata w Treviso, gdzie lepsi byli tylko Holender Lars Boom i Czech Zdeněk Štybar. W trzech kolejnych latach zdobywał medale mistrzostw świata w kolarstwie przełajowym: brązowy na MŚ w Hoogerheide (2009) i MŚ w Taborze (2010) i srebrny na MŚ w Sankt Wendel (2011). W międzyczasie zajął trzecie miejsce w cross country na mistrzostwach Europy w kolarstwie górskim w Zoetermeer, ustępując Szwajcarowi Ralphowi Näfowi i Hiszpanowi José Antonio Hermidzie. Po raz drugi mistrzem świata został w 2013 roku, kiedy zwyciężył na przełajowych mistrzostwach świata w Louisville.