او تحصیلات و تجربیات خود را در ایران، ترکیه و آمریکا کسب کرد. بدون‌تردید خلیلی یکی بزرگ‌ترین معماران معاصر جهان است. وی با استفاده از روش‌های سنتی در مدرن‌ترین عرصه معماری جهان توانست تأثیر شگرف به وجود آورد.
هنگامی که در 5 دی‌ماه سال 82 بم لرزید، خلیلی برای بازسازی این شهر به ایران آمد. طرح خلیلی برای بازسازی شهر بم اگرچه بسیار اصولی و قابل توجه بود، اما هیچگاه نتوانست به اجرا درآید.
اما پس از چندی شیوه طراحی و بهره‌گیری از مصالح بومی و منطقه‌ای خلیلی مورد توجه معماران جوان کشور قرار گرفت. در حال حاضر نیز دستاوردهای خلیلی در کشور مورد توجه برخی قرار گرفته است و روش او وارثانی امین یافته. مردی که توانست با الگوهای بومی معماری ایرانی، روش‌های نوینی در معماری جهان به وجود آورد، همچنان برای بسیاری از ایرانیان ناشناخته است انگار.
مسابقه دو میان بچه‌ها در یک پارک عمومی، نقطه عطفی در زندگی او بود. در جریان یک‌روز تفریحی در یکی از پارک‌های تهران، تعداد زیادی از بچه‌ها، از جمله پسر او، شروع به مسابقه دو کردند. او می‌گوید: «والدین، بچه‌ها را تشویق می‌کردند که سریع‌تر بدوند تا در مسابقه برنده شوند.» پسر 5/4 ساله او، که کوچک‌ترین دونده هم بود، چند دور از مسابقه را باخت.
او از روی خجالت و رنجش به پدرش گفت: «من می‌خواهم با خودم مسابقه بدهم» نخست، خلیلی سعی کرد پسرش را به ادامه مسابقه متقاعد کند ولی بعد از آن دست کشید. خلیلی می‌گوید: «وقتی همه رفتند، من خطی روی زمین کشیدم و او دور پارک تنها شروع به مسابقه دادن کرد.» او دریافت که پسرش نه‌تنها شادتر است، «بلکه هربار که به نقطه آغازین مسابقه می‌رسید، چیز جالبی را در پارک کشف می‌کرد. او حتی از قبل هم آهسته‌تر می‌دوید، ولی نه تنها از مسابقه خود لذت می‌برد بلکه همیشه اول می‌شد.»
او پی برد که تجربه پسرش نقطه عطفی در زندگی او شد. خلیلی می‌گوید: « با خود عهد کردم که از این پس برای رسیدن به ظرفیت‌های درونی خود مسابقه دهم نه برای تلاش درجلو زدن از دیگران». دیری نگذشت که کار معماری خود را کنار گذاشت و موتورسیکلتی خرید و برای 5 سال در جست‌وجوی الهامی نوین سر به صحراهای ایران گذاشت. در هنگامی که به کشور خود با دیدی تازه می‌نگریست، سادگی و ارزش والایی را در معماری سنتی، به ویژه در هزاران هزار دهکده‌ای که خانه‌های آنها از خشت‌وگل بود، کشف کرد. خلیلی می‌گوید: « آنها بر سادگی در استفاده شان از عناصر طبیعی بسیار عمیق بودند.
من می‌خواستم یاد بگیرم و در مسیر این یادگیری در این رؤیا فرو رفتم که ساختمان‌هایی از خاک و آتش بسازم». او همچنین شروع به مطالعه اشعار جلال‌الدین محمد مولوی کرد، اشعاری که از وحدت وجود و عناصر چهارگانه پر بود. خلیلی از نگرش مولوی الهام گرفت تا از مواد طبیعی برای ساخت مسکن در جهان مدرن استفاده کند. خلیلی درباره این تجربه‌اش می‌گوید: وقتی که در صحرا بودم، با 5عنصر ابدی آشنا شدم: خاک، باد، آب، آتش و مولوی. من معنویتی را آموختم که در زندگی خودم جاری و ساری شده است. شاید عجیب باشد، اما جلال‌الدین محمد مولوی برای نادر خلیلی، الهام بخش طرح‌های خانه‌سازی در قرن 21 بود.
باد و خاک و آب و آتش بنده‌اند
با من و تو مرده با حق زنده‌اند
او ادامه می‌دهد: «به‌زودی پی‌بردم که اگر ساختمان‌هایی از خاک بسازم، مانند خانه‌های خشتی و گلی که در دهکده‌ها وجود دارد و سپس آنها را آتش بزنم، می‌توانم آنها را به خانه‌های زیبا و مقاوم سفالی تبدیل کنم که طول عمر بیشتری داشته باشند.» او نام این‌کار را «گل تافتن» یا طبق عنوان کتاب دوم خود به انگلیسی «خانه‌های سرامیکی» گذاشت.
او مبدع سیستم خاک و آتش (EarthandFire Geltaftan )معروف به خانه‌های سرامیکی( Ceramic Houses) (خانه‌های ساخته شده از خاک رس پخته) و سیستم ساختمانی سوپربلوک (Super block) است.
او از سال 1970، با اخذ پروانه اشتغال در ایالت کالیفرنیا، به فعالیت حرفهای در آمریکا و نیز خارج از آن پرداخت. در سال 1975، به معماری خاک و توسعه کشورهای جهان سوم گرایش پیدا کرد و تا پایان عمر مشاور سازمان ملل در بخش معماری خاک (Earth (Architecture بود.
در اوایل دهه 1980، او شروع به همکاری با جامعه علمی‌ای کرد که امید فراوانی به ساخت مسکن در فضا براساس خانه‌های سوپر خشت و سفالین او داشت. سخنرانی وی در آکادمی ملی علوم آمریکا درباره استفاده از خاک ماه جهت ساختن سازه‌های ساده در ماه باعث هلهله و تشویق از طرف اندیشمندان شد. واکنشی که معمولا ً در کنفرانس‌های خشک علمی دیده نمی‌شود.
از آنجا که هزینه فرستادن یک کیلوگرم ماده خام به فضا از 2 کیلو طلا بیشتر است، شانس بالقوه استفاده از این مواد در دسترس، روی سیارات دیگر، بسیار مورد توجه قرار گرفت.
(Velcro-Adobe) (که بعدها به سیستم سوپربلوک/ کیسه شن و سیم خاردار Superblock/ sandbag and barbed wire تبدیل شد) در سمپوزیوم سال 1984 ناسا (NASA)، پایگاههای کره ماه و فعالیتهای فضایی قرن 21، ارائه شد. متعاقب ارائه این طرح، او به آزمایشگاه ملیLos Alamos به‌عنوان دانشمند میهمان دعوت شد.
او از سال 1984، مقالاتش را در چندین سمپوزیوم و نشریه شامل سمپوزیومها و نشریات ناسا و نشریه مهندسی هوافضا ارائه و منتشر کرد و به همین خاطر جایزهای از سوی جامعه مهندسان سیویل آمریکا به او اعطا شد. خلیلی به همراه انستیتوی مطالعات فضایی پرینستون، سیستمهای فضایی Mc Donnell Douglas و Alcoa، اعضای تیم طرح پردازش قابلیتهای کره ماه بود.
نادرخلیلی در سال 1984، جایزه کیفیت برجسته در فناوری Excellence in Technology را به خاطر ابداع سیستم خانه‌های سرامیکی، از سوی انستیتوی معماران آمریکایی کالیفرنیا (CCAIA) دریافت کرد. در سال 1987، طرح خلیلی با عنوان خانه‌سازی برای افراد بیخانمان: پژوهش و آموزش، موفق به دریافت گواهینامه شناسایی ویژه از نهاد وابسته به سازمان ملل سرپناه و دپارتمان توسعه مسکن و توسعه شهری ایالات متحده (HUD) شد.
بیش از 100 کارگاه و سخنرانی عملی در ایالات متحده همچون: ناسا واشنگتن دیسی دانشگاه پرینستون، دانشگاه MIT، آزمایشگاه ملی Los Alamos / نیومکزیکو، دهکده سرخپوستان شمال / Juan San نیومکزیکو، جمع زندانیان Chino و سایر زندانهای ایالات متحده و جمع کودکان در بیمارستانهای اصلی جنوب لوسآنجلس صورت گرفت.کارها و سخنان خلیلی به‌طور گستردهای در جهان مانند مرکز ژرژپمپیدو پاریس و انستیتوی موزه هنرهای آمریکایی هندی در Santa Fe نیومکزیکو و کانالهای تلویزیونی از قبیل سرویس جهانی BBC و صدای آمریکا، به نمایش گذاشته و منتشر شده است.
کارهای معماری خلیلی عبارتند از:
ـ طراحی یک جامعه آیندهگرا برای شهرها و روستاهای آینده جهت 5000 نفر سکنه، در New Cuyama کالیفرنیا در سال 1988 (ساخت سازه‌های اصلی در سایت صورت گرفت و مدلهای مختلف طاق پیشساخته در یک کارخانه آجر ساخته و لعاب داده شدند)
- طراحی ملک شهر اصفهان، شهری برای 20000نفر که حولوحوش سال1979 طراحی و بخشی از آن ساخته شد.
ـ طراحی و نظارت بر اجرای ساختمان اداره مرکزی بخش خاورمیانه Dupont / Polyacryl در سال 1978.
- روستای کویری پایدار و موزه و مرکز طبیعت Hesperia، میدان سوارکاری برای شهر کویری Mojave در Hesperia، تثبیت فرسایش دریاچه Hesperia، یک طرح مرتبط با FEMA. ساخت و آزمایش الگوهایی از معماری خاک در Cal-Earth.
6 کتاب خلیلی همزمان با تکامل تکنیکها و فلسفه معماری او نوشته شدهاند:
1ـ رقابت تنها
2- خانه‌های سرامیکی و معماری خاک: چگونه خانه خودتان را بسازید، همزمان با تکامل سیستم خاک و آتش Geltaftan برای ساختن خانه‌های سرامیکی نگارش یافتهاند.
3- پیادهروهایی روی ماه، که سفری است میان سنت و فناوری، به هنگام طراحی برای ماه نوشته شده است.
4ـ مولانا، سرچشمه ذوق شاعرانه، ترجمه 75 شعر از مولانا، شاعر اهل تصوف زبان فارسی، که دانش و معرفت او درباره انسان و عناصر خاک، آب، هوا و آتش، منشأ اندیشه الهی و معنوی مستتر در آثار اوست.
5- مولانا، رقص شور و عشق، 300 شعر کوتاه رباعی از مولانا
6- کتاب تنها دویدن، کتابی است داستانی، انسانی، عرفانی‌و اقتصادی در معماری سنتی و فرهنگ معماری ایران که عناصر آب، باد، خاک و آتش را در هم می‌آمیزد.
نادر خلیلی درباره مؤسسه پژوهشی خود در هسپریا، ایالت کالیفرنیا گفت: «بیش از 800 میلیون نفر در جهان یا در زاغه‌هایی که از آهن پاره، چوب، و گل ساخته شده زندگی می‌کنند و یا اصلا پناهگاهی ندارند. (این رؤیای من بوده است که برای مشکل مسکن این افراد فکری کنم.)
فرهنگ سنتی ایران نیز می‌تواند تاثیرات ژرفی در جامعه آمریکا برجا گذارد و آنها از این تاثیرات استقبال می‌کنند: «من به ایران آمدم تا ببینم که فرهنگ سنتی ایران چگونه می‌تواند بر ایالات متحده تاثیر بگذارد. محبوبیت اشعار مولوی و استقبال از طرح معماری پایدار با خانه‌های سفالین، نمونه‌های زنده این تاثیرپذیری مدرن‌ترین کشور جهان از فرهنگ شرقی است.»
امروزه در جهان معماری یک بیت شعر یا یک رمان یا یک تصویر حکاکی تبدیل به بنایی جهانی می‌شود. امروزه با حفظ سنت‌های کهن می‌توان به پیشرفت قدم نهاد و این پیشرفت مدیون همان تاریخ است. نکته قابل توجه ارائه سنتی است که می‌تواند جایگاهی مهم در تمام سرزمین‌ها به‌دست آورد؛ به‌طوری‌که هر سنتی جهانی نمی‌شود.
نادر خلیلی و معماری او در چند دهه گذشته کاملا ً بی‌نظیر بوده است. او ابتدا یک فیلسوف معماری بوده و معماری او رنگ‌وبویی ایرانی یا هویتی از این سرزمین داشته است. او با چهار چرخ معماری ایران «آب و باد و خاک و آتش» آشنا بود. او هویت یکی از حجم‌های معماری ایرانی (گنبد) را می‌شناخت.
آیا معماران امروزی ایران با این فرم‌ها آشنایی دارند؟ یا می‌توانند چند حجم را در معماری ایرانی نام ببرند؟ آیا از این فرم‌ها در معماری معاصر ایران اثری وجودارد ؟ اگر هم اثری باشد نا‌آگاهی معمار از کاربرد آن در معماری باستانی ایران و نا‌آگاهی معمار از معماری معاصر جهان باعث تخریب آن حجم یا همان هویت می‌شود.
معماران جوان ایران باید فلسفه معماری ایرانی را درک کنند. سپس با معماری معاصر جهان آشنا شوند و از این ته نشین یافته‌هایشان به سوی آینده‌ای روشن گام بردارند. ما برای درک اثرات ماندگار معماری ایران باید با معماری سرزمین‌های دیگر آشنا شویم. معماری تحت ضوابطی که معماری ایرانی در آن لحاظ نشده باشد نه‌تنها آینده‌ای روشن ندارد بلکه باعث تخریب معماری و در نهایت هویت می‌شود.
نادر خلیلی ضوابط را کنار گذاشت و به این پیشرفت در مارکت بین‌المللی دست یافت. آیا معماری تحت آن ضوابط در چند دهه گذشته بنایی جهانی داشته است؟ یا معماری در آن سطح معرفی کرده است؟