Für Dänemark nahm Nielsen im Juniorenbereich an den U18-Junioren-B-Weltmeisterschaften 2000, 2001 und 2002 sowie den U20-Junioren-C-Weltmeisterschaften 2001 und 2002 und den U20-Junioren-B-Weltmeisterschaften 2003 und 2004 teil. Im Seniorenbereich stand er im Aufgebot seines Landes bei der B-Weltmeisterschaft 2002 sowie den A-Weltmeisterschaften 2003, 2004, 2005, 2006, 2007, 2010, 2012 und 2018. Bei den Weltmeisterschaften 2007, 2010, 2012 und 2018 war er jeweils Assistenzkapitän seiner Mannschaft.