Ha disputato la sua prima gara da copilota nel 2000, al Rallye de la Famenne, in Belgio, a bordo di una Opel Corsa GSi pilotata dal connazionale Thierry Paquay. Esordì invece nel mondiale al Rally di Monte Carlo del 2007 con Luc Dewinter su Mitsubishi Lancer Evo IX, terminando al 28º posto assoluto e all'ottavo nella classe N4. Nel 2003 corse al fianco di Bruno Thiry, col quale disputò diversi appuntamenti del campionato europeo e sino al 2010 gareggiò con diversi piloti sia belgi che francesi in numerose gare dei rispettivi campionati nazionali.
Nel 2011 iniziò a competere stabilmente con Thierry Neuville, inizialmente con una Peugeot 207 S2000 e gareggiando nell'Intercontinental Rally Challenge.
Disputò la sua prima stagione mondiale completa nel 2012, in forza allo Citroën Junior team, divisione della squadra ufficiale francese dedicata ai piloti emergenti, riuscendo a ottenere diversi piazzamenti a punti nel corso della stagione. Nel 2013 la coppia venne ingaggiata dalla scuderia privata Qatar World Rally Team al volante di una Ford Fiesta RS WRC e conquistò il primo podio in carriera terminando al terzo posto nel Rally del Messico, seguito poi da altri sei e dal secondo posto finale ottenuto in classifica generale.
Dopo la convincente stagione 2013, per il 2014 Gilsoul e Neuville sottoscrissero un nuovo contratto con la scuderia Hyundai Motorsport, rientrata ufficialmente nel mondiale dopo 10 anni di assenza, e vinsero la loro prima gara al Rally di Germania con la nuova i20 WRC, regalando alla casa sudcoreana il primo successo iridato della storia e chiudendo al sesto posto nella generale piloti, ripetuto poi anche nella stagione 2015 disputata con la stessa auto.
Nel 2016 giunsero secondi con la versione aggiornata della vettura, la New Generation i20 WRC, e nel 2017 terminarono nuovamente la stagione al secondo posto con la nuovissima i20 Coupe WRC, vincendo quattro gare e mantenendo vivo il campionato sino alla penultima gara.
Seguirono poi altri due secondi posti finali: nel 2018, sempre alle spalle di Ogier/Ingrassia, e nel 2019, quando furono gli estoniOtt Tänak e Martin Järveoja a vincere il titolo piloti e copiloti. Il secondo posto finale ottenuto nel 2019 contribuì inoltre alla vittoria da parte della squadra Hyundai del titolo costruttori, il primo nella storia della casa sudcoreana.
(EN) Nicolas Gilsoul, su motorsport.hyundai.com, Hyundai Motorsport. URL consultato il 20 marzo 2018 (archiviato dall'url originale il 22 dicembre 2017).
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