I 2007 ble Nilsen ansatt ved Regionalt kunnskapssenter for barn og unge ved NTNU, der hun arbeidet som vitenskapelig assistent og foreleser. Fra 2008 til 2012 var hun ansatt som stipendiat ved Folkehelseinstituttet (FHI), og fra 2013 til 2018 arbeidet hun som postdoktor samme sted. I perioden 2012 til 2018 var hun også tilknyttet daværende Nasjonalt kunnskapssenter for helsetjenesten som forsker. Nilsen har siden 2015 vært forsker I ved Arbeidsforskningsinstituttet.