Ankara Devlet Konservatuarı’ndan mezun olduğunda ise iki farklı gazetenin açtığı yarışmalarda birinci olarak hem Müjdat Gezen’in hem de Orhan Gencabay’ın başrollerini aldığı filmlerde rol aldı.
Ayşe ismini atarak sanat hayatına sadece Nilgün Atılgan olarak devam etmeyi seçti. Arka arkaya Asi Gençler, Arap Abdo, Bir Demet Menekşe, Pembe Dünya, Enayi gibi filmlerde rol aldı. Kadir İnanır, Slih Güney, Fikret Hakan gibi dönemin ünlü jönleriyle 10’u aşkın filmde oynadı. En çok öne çıktığı film ise Tarık Akan ve Gülşen Bubikoğlu’nun başrolleri paylaştığı “Ah Nerede” filmi oldu.
Nilgün Atılgan, dönemin modasına uyarak oyunculuğun ardından şansını şarkıcılıkta da denedi. Hey Dergisi okurları tarafından 1973 yılının “Ümit Veren Kadın Şarkıcısı” seçildi. 1974’te en sevilen şarkısı Çek Kayıkçı’yı 45’lik olarak yayınladı. Sözleri Fecri Ebcioğlu, bestesi Selmi Andak’a ait şarkı çok ilgi gördü.
Birkaç 45’liğin ardından 1975 yılında hafif batı müziğini bırakıp assolist olarak gazino sahnelerine transfer oldu. Aynı dönemde ‘Gazinocular Kralı’ olarak bilinen Fahrettin Aslan’la nişanlandı. Fakat bu nişan evliliğe gitmedi. Dönemin ünlü oyuncusu Öztürk Serengil ile evlendi. Bu evlilik de uzun sürmedi.
Nilgün Atılgan ikinci evliliğiyle beraber sahne dünyasını bıraktı ve kameralardan uzak bir hayat yaşamaya başladı.
2012 yılında Antalya’da dayısının evinde konuk iken, markete gitmek için çıktığı yolda kendisine bir taksinin çarpması sonucu ise hayatını kaybetti.
Atılgan’ın oğlu bu ölümü, annesiyle konuşmak için onu aradığında hastane görevlileri tarafından öğrendi.