Il reçoit sa première sélection en équipe de Norvège le , contre la Suède, dans le cadre des éliminatoires de l'Euro 1964. Il joue son dernier match avec la Norvège le , une nouvelle fois contre la Suède, dans le cadre du championnat nordique[3].
Le , il inscrit un triplé à Trondheim, lors d'un match amical contre Malte (victoire 5-0). Par la suite, le , il inscrit un doublé contre l'Islande à Reykjavik (victoire 1-3). Il inscrit un nouveau doublé le contre la Finlande à Helsinki, dans le cadre du championnat nordique (victoire 0-2)[3].
À sept reprises, il est capitaine de la sélection norvégienne, en 1967, 1968 et 1969[3].
Avec le Viking FK, Olav Nilsen dispute 241 matchs en championnat, inscrivant 63 buts. Il inscrit six buts en 1965 puis à nouveau six buts en 1966, ce qui constitue ses meilleures performances[4].
Viking FK
