Am 14. Februar 1990 debütierte Nielsen für die dänische Fußballnationalmannschaft. Mit dieser qualifizierte er sich Jahre später erfolgreich für den König-Fahd-Pokal 1995, die Fußball-EMs 1996 und 2000 sowie die Fußball-WM 2002. Nielsen bestritt 66 Länderspiele und erzielte dabei drei Tore.