Nematoda bereproduksi secara seksual dengan fertilisasi internal yang terjadi dalam tubuh cacing betina. Pada umumnya Nematoda bersifat diesis, yaitu organ kelamin jantan dan betina berada pada individu yang berbeda. Telur hasil fertilisasi memiliki cangkang yang keras dan tebal dengan pola spesifik. Telur menetas menjadi larva yang berbentuk sama dengan cacing dewasa. Larva mengalami pergantian kulit (molting) hingga empat kali. Larva kemudian akan tumbuh menjadi cacing dewasa dengan bentuk yang lebih besar.

Dalam siklus hidupnya, Nematoda memerlukan satu inang atau lebih. Misalnya Oxyuris vermicularis (cacing kremi) hanya memerlukan satu inang perantara, yaitu manusia. Wuchereria bancrofti (cacing filaria) penyebab penyakit kaki gajah membutuhkan inang utama manusia dan inang perantara nyamuk Culex sp.