او فعالیت خود را از ۱۹۷۸ در شرکت سیستم‌های رایانه‌ای پاتنی در بمبئی آغاز کرد و در همانجا بود که با نارایانا مورتی آشنا شد. در ۱۹۸۱ نیلکانی، مورتی و پنج نفر دیگر پاتنی را ترک کردند تا شرکتی به نام اینفوسیس را تاسیس کنند. نیلکانی در ۲۰۰۲ مدیرعامل اینفوسیس شد و از آوریل ۲۰۰۷ ریاست هیات‌مدیره این شرکت را عهده‌دار شد. در دوران مدیرعاملی وی، اینفوسیس رشد زیادی یافت.
در سال ۲۰۰۹نیلکانی اینفوسیس را ترک کرد تا در رأس «UIAI»، در کابینه هندوستان قرار گیرد. در رأس این اداره وی مسوولیت توسعه «کارت هویت ملی هوشمند» در هند را عهده دار شد. با ابتکار وی همه اهالی هند صاحب یک شماره ملی شدند تا خدمات رفاهی را دریافت کنند. این روش شناسایی به شکل بیومتریک است.
اداره یاد شده تحت هدایت نیلکانی سیستم‌های شناسایی، یک پایگاه داده، اطلاعات جمعیتی و آدرس‌های خانه‌ها را گرد آورده است. در آوریل ۲۰۱۷ همه اهالی هند یعنی یک میلیارد و ۴۰۰ میلیون فرد صاحب شماره ملی شدند.
نیلکانی عضو شورای پژوهشی هند در مورد روابط اقتصاد بین‌المللی است و در مارس ۲۰۱۴ به کنگره ملی هند پیوست، اما نتوانست در رقابت‌های انتخاباتی موفق شود. او همچنین ریاست پلت‌‌فرمی غیرانتفاعی با نام «EkStep» در حیطه حل مشکلات یادگیری کودکان است. وی ریاست شورای ملی پژوهش‌های اقتصاد کاربردی را بر عهده دارد؛ شورایی که بزرگ‌ترین و قدیمی‌ترین اندیشکده اقتصادی هند به شمار می‌رود. این اندیشکده در زمینه‌های مختلفی چون پیش‌بینی اقتصادی و تحلیل فقر فعالیت می‌کند.
نیلکانی به عنوان یک سرمایه دار در حدود ۱۲ شرکت نوپا سرمایه‌گذاری کرده است و در ۲۰۱۷ وی همراه با همسرش تصمیم گرفت تا ۵۰ درصد از ثروت خود را به «Giving Pledge» اهدا کند؛ جنبشی که از سوی بیل گیتس راه‌اندازی شده است. آنها درباره تصمیم خود گفتند: «ما می‌بینیم که نابرابری به سرعت در بیشتر کشورهای جهان روز به روز بیشتر می‌شود... می‌بینیم که جوانان در این جهان از آینده خود نامطمئن هستند، چیزهای بیشتری می‌خواهند اما مشارکت کمتری انجام می‌دهند.» وی همچنین برای بازسازی خوابگاه‌های دانشجویی در بمبئی مبالغ زیادی اهدا کرد. در سال ۲۰۰۸ وی «انستیتو سکونتگاه‌های انسانی هند» را در راستای حل چالش‌های شهرنشینی در هند تاسیس کرد. نیلکانی با روهینی نیلکانی ازدواج کرده است و از وی صاحب دو فرزند شده است. خانواده نیلکانی ۳۱/ ۲ درصد از سهام اینفوسیس را در اختیار خود دارد.
