var grandnevø av kunstneren Johan Nielssen. Han begynte tidlig å male, og 18 år gammel traff han maleren August Jacobsen, som fattet interesse for ham. De malte sammen på Jæren 1926 og Jacobsen tok ham med på en studietur til Belgia. Allerede som gutt hadde Nielssen reist mye med sin far som var sjømann. En omfattende reisevirksomhet og bred orientering om internasjonale strømninger i kunsten, preget hele Nielssens liv og virke. Som elev av Johannes Itten i Berlin, fikk han interesse for abstrakte form- og fargeproblemer, som han utviklet videre gjennom elevforholdet til Georg Jacobsen. N. var den første av de yngre malerne i generasjonen etter Jean Heiberg og Alf Rolfsen som tok opp Jacobsens teorier. Kvinneportrett (Lizzi Getz, 1932, Nasjonalgalleriet, Oslo), portrett av Valdis N (1934) og Sjøgutt (1933) viser alle Jacobsens innflytelse ved sin stramme komposisjon, linje- og planforskyvninger og lyse koloritt. Under sitt Paris-opphold arbeidet N. i Diego Riveras tidligere atelier, og under reisene i Mexico i 1935 og 1948 stiftet han vennskap med denne kunstneren, som han også har skrevet om. N. ble fascinert av indianernes kultur, og mange av hans bilder fra Mexico er bygd opp som brede panoramaer over mexicansk folkeliv slik det utfolder seg mot en bakgrunn av landsbyer og natur. N. utførte i 1935–37 en skildring av utvinning og transport av petroleum for oljeselskapet BP i Milgården, Oslo, der landskapsbakgrunnen er hentet fra Mexico. For Statens militærnekterleir, Dillingøy utførte N. en komposisjon, Stubbebrytere (1936). Til Verdensutstillingen i New York i 1939 malte han en dekorasjon med motiv fra Kristiansands torg. I Berger Langmoen fabrikk i Brumunddal er en fremstilling av arbeiderens fridag, der lekende barn og voksne skildres i et Telemark-landskap (1943). Felles for disse arbeidene er N.s bevisste distanse til det ofte fremsatte krav i 1930-årene om sosialt engasjement i kunsten.
N. har malt en rekke rene landskapsbilder. Fra slutten av 30-årene stammer mørkstemte landskaper fra Setesdal, men som oftest er motivene holdt i en lys fargeskala, og hentet fra Sørlandskysten. N. bodde om sommeren i Gamle Hellesund, og bildene fra traktene der er spontane naturimpresjoner hvor det konstruktive skjelett er lite merkbart. Under sin reise til Mexico i 1948 stiftet N. også bekjentskap med Rufino Tamayo. Oppholdet førte med seg en ny serie bilder med motiver fra Mexico, bl.a. Gruvestreik i Taxco (1948), Vulkanen Paricutin i utbrudd (1948, Statens Museum for Kunst, København), Sølvfjellene i Guanajuato (1948, Trøndelag Kunstgalleri). Etter en reise til Ravenna i 1950 tok N. opp mosaikkteknikken. To mosaikker for M/S Bergensfjord har temaene Sigurd Jorsalfar stevner mot Miklagard og Øystein rir ut av en vinterlig skog (1955, tidligere M/S Bergensfjord, mosaikkene antagelig tapt). Mosaikkene til Det norske Radiumhospital, Oslo og Det nye krematorium i Drammen tar opp religiøse emner, men N. var lite engasjert i den religiøse problematikk og verkene virker både innholdsmessig og kunstnerisk uforløste. For seg står søyler for Malm samfunnshus hvor N. brukte et nonfigurativt formspråk (1955).
N. gjorde en stor innsats i arbeidet for kunstnernes levekår og organisasjoner, først som formann i Unge Kunstneres Samfunn 1936–37, og etter krigen som en av initiativtakerne og den første formann i Nordisk Kunstforbunds utstillinger. Han arbeidet også for opprettelsen av Riksgalleriet og for at dette skulle bestyres av en kunstner. N. fikk ideen til og stod bak realiseringen av en kunstnerkoloni på Ekely i Oslo. N. var en av dem som arbeidet for å få Georg Jacobsen som professor ved Kunstakademiet 1935. Han virket i en årrekke som kunstkritiker og var en flittig benyttet foredragsholder, blant annet i Norsk rikskringkasting. I denne del av sin virksomhet var N. kritisk til alle kunstytringer som han oppfattet som anti-intellektuelle og antihumanistiske. Blant annet polemiserte han sterkt mot Rolf Nesch' materialbilder. Nielssen signerte sine malerier og artikler Fini.
