הנמטודות הסתגלו למערכות אקולוגיות רבות וניתן למצואן בקרקעית הים, במים מתוקים, באזורי הקטבים ובאזורים הטרופיים. לעתים קרובות מספר הפרטים והמינים של תולעים נימיות עוקף את זה של שאר בעלי החיים בסביבות שונות. לפי מחקר משנת 2007 נמטודות מהוות 90% מהחיים בקרקעית הים. המינים הטפיליים מהווים פתוגנים ברוב הצמחים ובעלי החיים, ובכללם האדם. מספר מינים יכולים לעבור קריפטוביוזה. לדוגמה, הן יכולות לגרום להופעת מטאטא המכשפה, תסמין מחלת צמחים.

קבוצת התולעים הנימיות הוגדרה לראשונה על ידי חוקר הטבע השוודי קרל רודולפי ב-1808, אשר קרא לה Nematoidea, שם שמקורו מיוונית עתיקה שבה νῆμα (נמה, "פתיל") ו-eiδἠς ("דמוי"). ב-1837 סווגה הקבוצה מחדש כמשפחה 'Nematodes על ידי בורמיסטר ב-1837, וכסדרה Nematoda ב-1861 על ידי דיסינג. במקור כללה "Nematoidea" גם תולעי שיער-סוס, אשר כיום מסווגות תחת מערכה נפרדת, Nematomorpha. ב-1859 הן סווגו מחדש על ידי גגנבאור במערכת Nemathelminthes. ב-1877 העלה ריי לנקסטר את המעמד של Nematoidea למערכה, שכללה את משפחת תולעי שיער הסוס, Gordiidae. ב-1919 הציע נתן קוב מיון חדש, כך שהתולעים הנימיות תהיינה מוגדרות כמערכה בפני עצמה. בשנת 2015 זכו החוקרים סטושי אומורה וויליאם קמפבל בפרס נובל לפיזיולוגיה או לרפואה על מציאת תרופות נגד זיהומים הנגרמים מבעל חיים זה.