Für die schwedische Nationalmannschaft bestritt Andreas Nilsson seit Oktober 2010 bisher 142 Länderspiele, in denen er 341 Tore warf. Er stand im erweiterten Aufgebot für die Weltmeisterschaft 2011. Für Schweden bestritt er sechs Partien bei der EM 2012, in denen er dreizehn Treffer erzielte. Im Sommer 2012 nahm er an den Olympischen Spielen in London teil und gewann die Silbermedaille. Bei der Europameisterschaft 2014 verwandelte er alle 23 Wurfversuche. Weiterhin nahm er an den Olympischen Spielen 2016 in Rio de Janeiro, den Weltmeisterschaften 2015, 2017 und 2019 sowie den Europameisterschaften 2012, 2014, 2016 und 2020 teil.