Nachdem Nielsen bereits Juniorennationalspielerin gewesen war, debütierte sie 2005 in der dänischen Nationalmannschaft. Nationaltrainer Kenneth Heiner-Møller berief sie in den Kader für die Weltmeisterschaft 2007. Dort war sie Ergänzungsspielerin, lediglich im abschließenden Gruppenspiel kam sie zum Einsatz. Nachdem sei zwei Jahre später verletzungsbedingt die Teilnahme an der Europameisterschaft 2009 verpasst hatte und sich Dänemark nicht für die WM-Endrunde 2011 hatte qualifizieren können, stand sie bei der Europameisterschaft 2013 erneut im Aufgebot. Als Stammspielerin bestritt sie bis zum Ausscheiden im Halbfinale gegen Norwegen alle fünf Turnierspiele der Auswahl.