Nilsonne studerte medisin ved Lunds universitet og Karolinska Institutet. Hun ble lege i 1978, spesialist i allmenn psykiatri i 1990, sertifisert psykoterapeut i 1992, veileder i psykoterapi med kognitiv innretning i 1994, universitetslektor i 1999 og i 2006 professor i medisinsk psykologi ved Institutionen för klinisk neurovetenskap, Karolinska Institutet.