Он родился в семье сельского причетника в Псковской губернии. Начал свой путь духовного образования в Псковском духовном училище и Псковской духовной семинарии, окончив их в 1853 году. Затем он поступил в Санкт-Петербургскую духовную академию, где стал бакалавром, помощником инспектора академии, а затем занял кафедру Истории и обличения раскола. Он оставался на этой кафедре до конца своей жизни. В 1863 году его назначили экстраординарным профессором, а 4 ноября 1870 года, после защиты диссертации, он был повышен в звании ординарного профессора. В течение семи лет, начиная с 27 сентября 1878 года, он был инспектором Санкт-Петербургской духовной академии и членом её Правления.
Его первые известные исследования были посвящены учению раскольников, включая работы "Об антихристе против раскольников" (Санкт-Петербург, 1859), "Об издании Стоглава в Лондоне" (1861) и "О священстве против беспоповцев".
Основным трудом автора была его докторская диссертация, защищенная 25 октября 1870 года под названием "Семейная жизнь в русском расколе" (СПб., 1869). Диссертация посвящена изложению учения о браке в рамках русского раскола, начиная с его возникновения и заканчивая царствованием Николая I. В 1869 году было опубликовано его сочинение "Об антихристе против раскольников" (в 2-х частях). В 1871 году была опубликована статья "Семейная жизнь в русском расколе в настоящем царствовании" в журнале "Христианское чтение" (1871, кн. 12), которая развивала тему диссертации. Наиболее значительные из журнальных статей были опубликованы в журнале "Христианское чтение", включая "Взгляд раскольников на некоторые наши обычаи и порядки жизни церковной, государственной, общественной и домашней" (1863), "Разбор беспоповщинского учения о лицах, имеющих право совершать крещение" (1865), "К истории раскола в Остзейском крае" (1885), "К истории духоборства и молоканства" (1886). Его публикации также выходили в журнале "Церковный вестник" и журнале "Странник". В 1887 и 1888 годах были опубликованы "Официальные записки о даровании раскольникам прав и свободы в отправлении богослужения".
И. Ф. Нильский активно участвовал в деятельности Общества любителей духовного просвещения. Его публичные выступления в рамках Общества привлекли внимание, а затем были опубликованы в журнале «Чтения Общества» (1873—1874) и в «Церковно-Общественном Вестнике». Особенно известны его дискуссии с Т. И. Филлиповым по вопросам клятв, принятых на соборе 1667 года, а также по вопросам единоверия и другим темам.
В 1875 году по поручению Академии наук он был задействован в рассмотрении сочинения профессора МДА Н.И. Субботина, которое было представлено на конкурс Уваровской премии. За свою рецензию он был удостоен золотой Уваровской медали.
11 (23) августа 1894 года произошло его уход из жизни. Он был похоронен в Исидоровской церкви, расположенной на территории Александро-Невской лавры.
