Nilsen har dirigert de fleste av Norges profesjonelle symfoniorkestre, og har i perioder vært dirigent og musikalsk leder ved Forsvarets profesjonelle musikkorps. Han har også dirigert operaproduksjoner for Den Norske Opera. Han var musikalsk leder for RingsakerOperaen fra 1989 til 2008, og musikalsk ansvarlig for Peer Gynt-stemnet i perioden 1993–2006.