Nilsen, der für den Arendal SK startet, hatte seinen ersten internationalen Erfolg bei den Juniorenweltmeisterschaften 2010 in Moskau. Dort holte er die Goldmedaille in der Teamverfolgung. In den folgenden Jahren gewann er bei den Juniorenweltmeisterschaften 2011 in Seinäjoki Bronze über 5000 m und jeweils Silber in der Teamverfolgung und im Kleinen-Vierkampf und bei den Juniorenweltmeisterschaften 2012 in Obihiro Bronze im Kleinen-Vierkampf, Silber über 5000 m und Gold in der Teamverfolgung. Anfang Dezember 2012 startete er in Astana erstmals im Weltcup und belegte dabei in der B-Gruppe den neunten Platz über 1500 m. Tags darauf erreichte er mit Platz drei in der Teamverfolgung seine erste Podestplatzierung im Weltcup. Im Februar 2013 errang er bei der Mehrkampfweltmeisterschaft in Hamar den 15. Platz und holte bei den Juniorenweltmeisterschaften in Klobenstein jeweils die Bronzemedaille über 1500 m und 5000 m und die Silbermedaille im Kleinen-Vierkampf. Im folgenden Monat wurde er bei den Einzelstreckenweltmeisterschaften in Sotschi Fünfter in der Teamverfolgung. Bei seiner ersten Olympiateilnahme im Februar 2014 in Sotschi kam er auf den 36. Platz über 1500 m, auf den 25. Rang über 5000 m und auf den fünften Platz in der Teamverfolgung.