Neilson tuli NHL:ään päävalmentajaksi vuonna 1977 ja nousi heti tulokasvuonnaan suureen maineeseen, kun pudotti Toronton peräsimessä suursuosikki NY Islandersin. Myöhemmin Neilson valmensi NHL:ssä Buffaloa, Vancouveria, Los Angelesia, NY Rangersia, Floridaa ja Philadelphiaa.
Viimeiset pari kautta Nielson toimi Ottawa Senatorsien apulaisvalmentajana ja kaudella 2001-2002 Senators nimesi Neilsonin päävalmentajakseen viimeiseen runkosarjaotteluun, jotta tämä legenda saisi täyteen 900 ottelua päävalmentajana NHL:ssä. Voittoja näistä otteluista tuli 460, tasapelejä 159 ja tappioita 381. Hänestä tuli Hockey Hall of Famen jäsen viime marraskuussa.
NHL muisti legendaarista valmentajaa varaustilaisuuden ensimmäisen kierroksen aikana hiljaisella hetkellä.
- Roger Neilson, suuri kiekkomies, suuri innostaja, suuri valmentaja ja ennen kaikkea suuri persoona menehtyi tänään pitkällisen sairauden jälkeen, kertoi asian NHL:n komissaari Gary Bettman.
- Roger, me kaikki kaipaamme sinua.
Neilsonilla todettiin joulukuussa 1999 luuydinsyöpä, josta hän toipui leikkauksen jälkeen seuraavana keväänä. Tammikuussa 2001 hänellä todettiin erittäin paha melanooma, eli ihosyöpä. Kaksi syöpää vanhalle miehelle oli liikaa.
