Han ble professor II i samfunnsmedisin ved NTNU i 2003 og ved Universitetet i Oslo i 2006. Fra 2005 til 2017 har han vært redaktør for Helsebiblioteket og fra 2011 til 2016 også direktør for Kunnskapssenteret for helsetjenesten (Fra 2016 er Kunnskapssenteret en del av Folkehelseinstituttet). I 2010–2011 var han fagdirektør i Helse- og omsorgsdepartementet og arbeidet med Nasjonal helse- og omsorgsplan. I perioden 2017–2021 var Nylenna fagdirektør i Folkehelseinstituttet. Fra 2021 er han professor emeritus ved Universitetet i Oslo.