Nilton começou sua carreira nas categorias de base do Timão, como atacante. Ainda no Junior, foi testado como volante, saiu-se muito bem e trocou de posição. Em sua primeira partida como profissional, marcou um gol contra logo nos primeiros minutos de jogo, mas o volante não se abateu e no segundo tempo marcou um gol chutando de fora da área. Nilton não recebeu muitas oportunidades no Corinthians, foram apenas 18 jogos como profissional entre 2005 e 2008.

Na temporada de 2009, foi contratado pelo Vasco, onde foi logo eleito melhor volante do Campeonato Estadual. No clube carioca se firmou como titular, virou um dos principais jogadores do time e ganhou a Copa do Brasil e a Série B. Devido a atrasos de salario entrou na justiça contra o ex-clube e rescindiu seu contrato.

Em 2013, livre para assinar se transferiu para o Cruzeiro. No time mineiro, rapidamente assumiu a titularidade e uma posição de destaque na equipe que foi campeão brasileiro de 2013. Após o bicampeonato nacional, seguiu para o Internacional em 2015. Na temporada seguinte, deixou o futebol do Brasil e seguiu para o Japão, pelo Vissel Kobe.