Nilsson maakte op 7 januari 2018 zijn interlanddebuut voor Zweden: in een vriendschappelijke interland tegen Estland (1-1-gelijkspel) werd hij na 73 minuten gewisseld.[2] Vier dagen later scoorde Nilsson als invaller het enige doelpunt in de 1-0-zege van Zweden tegen een Deense formatie van spelers uit de Superligaen.[3][4]
In maart 2024 werd Nilsson na een afwezigheid van zes jaar nog eens opgeroepen voor Zweden: bondscoach Jon Dahl Tomasson riep hem op voor de oefeninterlands tegen Portugal en Albanië op 21 en 25 maart.[5] Op 21 maart 2024 legde Nilsson in Guimarães als invaller de 5-2-eindscore vast.[6]