نیلی 3 سال در دوران ریاست جمهوری هاشمی رفسنجانی معاون سازمان برنامه و بودجهٔ ایران بود.
وی مدتی نیز در رأس شورای اقتصاد کشور مشغول به کار بود و در دوران ریاست جمهوری محمد خاتمی مجدد به عنوان معاون سازمان برنامه و بودجه و سرپرست کمیتهٔ خصوصیسازی برگزیده شد.
تدوین سند استراتژی توسعه صنعتی کشور در زمان وزارت اسحاق جهانگیری در دوران اصلاحات از دیگر سوابق مسعود نیلی است.