Hun ble konstituert i stillingen som direktør for Utdanningsdirektoratet i mai 2016, og ledet direktoratet i en overgangsperiode frem mot omorganisering av etaten og sammenslåing med Senter for IKT i utdanningen. Fra januar 2018 var Nilssen direktør for Utdanningsdirektoratet i en åremålsstilling på seks år.