Erste internationale Erfahrungen sammelte Stefan Nillessen im Jahr 2022, als er bei den U20-Weltmeisterschaften in Cali mit 3:50,36 min in der ersten Runde im 1500-Meter-Lauf ausschied und über 3000 Meter mit 8:16,34 min den Finaleinzug verpasste. Im Dezember gelangte er bei den Crosslauf-Europameisterschaften in Turin nach 18:15 min auf den 15. Platz im U20-Rennen. Im Jahr darauf siegte er in 3:43,35 min über 1500 Meter bei den U23-Europameisterschaften in Espoo und 2024 belegte er bei den Olympischen Sommerspielen in Paris in 3:30,75 min im Finale den neunten Platz. Im Dezember belegte er bei den Crosslauf-Europameisterschaften in Antalya in 18:12 min den vierten Platz in der Mixed-Staffel und gelangte im U23-Rennen nach 18:52 min auf den zwölften Platz.
2024 wurde Nillessen niederländischer Meister im 1500-Meter-Lauf.
Niederlande
