Rob Nilsson se narodil dne 29. října 1939 ve wisconsinském městě Rhinelander. Jeho dědou byl dokumentarista Frithjof Holmboe. V roce 1954 se s rodinou přestěhoval do Kalifornie, která je spjata s významnou částí jeho kariéry. V letech 1957 až 1962 studoval na Harvardu, kde se začal věnovat psaní poezie. Následně odjel do Nigérie, kde pracoval jako učitel angličtiny. Zde v roce 1965 natočil hodinový film The Lesson. Později se vrátil do rodné země. Prosadil se až koncem sedmdesátých let filmem Northern Lights, za který získal mimo jiné Zlatou kameru v Cannes. Později natočil několik dalších filmů, přičemž naprostá většina z nich přišla až po roce 2000. V roce 1989 natočil dokumentární film Words for the Dying sledující hudebníky Johna Calea a Briana Ena při nahrávání stejnojmenného alba.