Als hoogtepunt in zijn carrière noemt Nilsen het olympisch goud van Pyeongchang, waar hij onderdeel uitmaakte van het Noorse team op de ploegenachtervolging. Samen met Pedersen en de eveneens gestopte Håvard Bøkko wist hij in de halve finale in een nieuw olympisch record het Nederlandse team uit te schakelen. In de finale waren ze de Zuid-Koreanen te snel af. 

Als junior werd Nilsen op achtereenvolgende WK's tweemaal derde en eenmaal tweede. Op de ploegenachtervolging werd hij in 2010 en 2012 wereldkampioen bij de junioren. Bij de senioren wist hij minder indruk te maken, met een tiende plaats op het WK Allround in 2016 als beste individuele resultaat. Samen met zijn landgenoten wist hij twee keer een WK-medaille te veroveren op de ploegenachtervolging. Het olympisch goud in Zuid-Korea is het hoogtepunt van zijn carrière. 

Met het stoppen van Nilsen en Bøkko mist het Noorse schaatsen komend jaar twee belangrijke pionnen in hun team. Ook bij de vrouwen dreigt een aantal schaatsers hun carrière te beëindigen. Waar bij de mannen nog het nodige talent in opkomst is, is dat bij de vrouwen schaars.