Алексей Нилов родился 31 января 1964 года в Санкт-Петербурге. Он вырос в творческой семье, где его отец, Геннадий Нилов, был известным актером, известным своей ролью в кинокомедии «Три плюс два» 1963 года. Дебют Алексея в кино произошел, когда ему был всего год: он сыграл эпизодическую роль в экранизации сказки «Снегурочка».
В 1985 году Алексей Нилов окончил актерский факультет Российского государственного института сценических искусств в Санкт-Петербурге, обучаясь под руководством Рубена Сергеевича Агамирзяна. После института он служил в армии, принимая участие в ликвидации последствий Чернобыльской аварии.
После службы в армии, Нилов работал в театре «Студия-87» в Пушкине, однако театр просуществовал всего два года. В конце 1980-х годов, в период «перестройки», он занимался различными работами, такими как дворник, стропальщик, рекламный агент и менеджер по работе с клиентами.
С 1989 года Нилов служил в Белорусском Государственном русском драматическом театре имени Максима Горького, но в 1991 году он покинул театр и больше не работал в театре. В кинематографе ему удалось добиться известности: он сыграл роль борца с мафией в фильме «Меченые», а затем получил звездную роль капитана милиции Андрея Ларина в сериале «Улицы разбитых фонарей», которая принесла ему большую популярность.
В конце 2006 года Алексею Нилову было присвоено звание «Заслуженный артист Российской Федерации». Он также сыграл роли в таких фильмах и сериалах, как «Литейный, 4», «Убойная сила», «Опера. Хроники убойного отдела», «Моя мама — невеста», «Бумеранг», «Я желаю тебе себя», «Высокие ставки» и других.
Помимо актерской карьеры, Алексей Нилов занимается общественной деятельностью и в настоящее время является вице-президентом организации «Берег», которая содействует развитию культуры и спорта.