Neilson spilte i forsvar mens han var aktiv spiller, og startet sin karriere som seniorspiller i Heart of Midlothian FC, og spilte 200 kamper i Scottish Premier League (SPL) og vant Scottish Cup i 2006 med denne klubben. Tidligere i karrieren hadde Neilson blitt lånt ut til klubber i Scottish Football League (SFL) som Cowdenbeath FC og Queen of the South FC.