В мае 1996 года в возрасте одиннадцати лет Санна Нильсен возглавила шведский хит-парад Svensktoppen с песней «Till en fågel». В сентябре вышел её дебютный альбом Silvertoner. В 1997 году Санна выпустила рождественский альбом Min önskejul (в 2001 году альбом был переиздан).В 2001 году Нильсен впервые приняла участие в Мелодифестивалене — шведском музыкальном конкурсе, победитель которого...
В мае 1996 года в возрасте одиннадцати лет Санна Нильсен возглавила шведский хит-парад Svensktoppen с песней «Till en fågel». В сентябре вышел её дебютный альбом Silvertoner. В 1997 году Санна выпустила рождественский альбом Min önskejul (в 2001 году альбом был переиздан).
В 2001 году Нильсен впервые приняла участие в Мелодифестивалене — шведском музыкальном конкурсе, победитель которого получает право представлять страну на Евровидении. Она выступила с песней «Igår, idag» и заняла третье место. Она вновь вернулась на конкурс в 2003 году и с песней «Hela världen för mig» финишировала пятой. Третье участие Санны состоялось в 2005 году, она выступала с песней «Du och jag mot världen» в дуэте с Фредриком Щемпе и стала восьмой.
В 2006 году Санна выпустила второй студийный альбом Nära mej nära dej. В 2007 году она в четвёртый раз приняла участие в Мелодифестивалене (финишировав седьмой с песней «Vågar du, vågar jag») и выпустила первый компиляционный альбом Sanna 11–22.
В 2008 году состоялось пятое участие Санны в Мелодифестивалене. 16 февраля Санна выступила во втором полуфинале с песней «Empty room», заняла первое место с отрывом в более чем тридцать тысяч голосов и прошла в финал конкурса. 15 марта в финале Санна обошла Шарлотту Перелли по зрительскому голосованию более чем на пятьдесят тысяч голосов, но после голосования жюри победительницей стала Перелли, а Нильсен опустилась на вторую строчку. Позже «Empty room» одержала победу на OGAE Second Chance Contest с преимуществом в 91 балл. Также в 2008 году Нильсен выпустила свой первый англоязычный альбом Stronger, который достиг первой строчки в национальном хит-параде.
В 2011 году состоялось еще одно участие Санны в Мелодифестивалене. Выступив во втором полуфинале с песней «I'm in love», она заняла первое место и прошла в финал, где месяцем позже финишировала четвёртой. Также в 2011 году вышел пятый альбом Нильсен под тем же названием, что и конкурсная песня.
В 2014 году Санна Нильсен в седьмой раз вернулась на Мелодифестивален. Во втором полуфинале она исполнила композицию «Undo», зрители оказали Санне поддержку, которая позволила ей занять одно из вакантных мест в финале. 8 марта Санна Нильсен выступает под номером 8 в финале Melodifestivalen 2014 с песней «Undo». Набрав 90 баллов от международного жюри и 122 от телезрителей, Санна побеждает в конкурсе и становится представителем Швеции на конкурсе песни Евровидение 2014. При этом отрыв между Санной и Эйс Вайлдер, занявшей второе место с песней «Busy Doin’ Nothing», составлял всего два очка, несмотря на то, что Эйс выиграла в голосовании международного жюри.
