Nielsen tjenestegjorde i president George W. Bushs regjering som spesialassistent og seniordirektør for forebygging, beredskap og respons i Det hvite hus' råd for indre sikkerhet (Homeland Security Council). Hun ledet også kontorene for lovgivning og statlige saker i Transportation Security Administration. Hun har en bachelorgrad fra Georgetown School of Foreign Service og en juristgrad fra University of Virginia Law School.