È considerato una delle grandi promesse del cinema scandinavo. Talento eclettico e precoce, a soli trent'anni ha già accumulato un'enorme esperienza sul set e il suo nome risulta accreditato in decine di film alternativamente come montatore, direttore della fotografia, regista della seconda unità, sceneggiatore o tecnico del suono. Dopo una serie di cortometraggi e di co-regie con il collega Mats Helge, firma Zero Tolerance (Noll tolerans, 1999), thriller di grande successo che tenta una via tutta europea al genere e gli apre una carriera internazionale. Il film inaugura anche la fruttuosa collaborazione con il produttore e sceneggiatore Joakim Hansson, al suo fianco anche nei successivi Executive Protection (Livvakterna, 2001) e The Third Wave (Tredje vågen, Den, 2003), che con Zero Tolerance costituiscono una trilogia dedicata al personaggio di Johan Falk, interpretato da Jakob Eklund. Racconti da Stoccolma (När mörkret faller, 2007) è l'ultimo film di Nilsson e ha aperto la sezione Panorama del 57° Festival di Berlino, ottenendo il prestigioso Premio Amnesty International. Attualmente, il regista lavora alla pre-produzione di un ciclo di sei film sul crimine organizzato e di una serie televisiva sulla Seconda Guerra Mondiale (War of the Spies), sempre ambientata a Stoccolma.