Aparecieron a principios del Paleozoico, siendo los principales depredadores marinos, y desarrollaron una amplia variedad de formas de su concha. Se conocen más de 2.500 especies, aunque son pocas las que han perdurado hasta la actualidad. Hay autores que restringen el término de nautiloides solo para aquellos ejemplares emparentados directamente con el Nautilus de la actualidad.
Se trata de un grupo parafilético ya que a sus componentes solo les unen rasgos primitivos ausentes en los Ammonoidea y Coleoidea. Estos dos últimos se consideran descendientes de individuos del género de nautiloides Bactricida
Subclase Orthoceratoidea Kuhn, 1940
Orden Plectronocerida Flower, 1964 (Cámbrico)
Orden Yanhecerida Chen & Qi, 1979 (Cámbrico)
?Orden Protactinocerida Chen & Qi, 1979 (Cámbrico)
Orden Ellesmerocerida Flower, 1950
Suborden Ellesmerocerina Flower, 1950 (Cámbrico a Ordoviciano)
Suborden Cyrtocerina Flower, 1964 (Ordoviciano)
Orden Orthocerida Kuhn, 1940 (Ordoviciano a Triásico)
Orden Ascocerida Kuhn, 1949 (Ordoviciano a Silúrico)
Subclase Actinoceratoidea Teichert, 1933
Orden Actinocerida Teichert, 1933 (Ordoviciano a Carbonífero)
Subclase Endoceratoidea Teichert, 1933
Orden Endocerida Teichert, 1933 (Ordoviciano a Silúrico)
?Orden Injetocerida Balashov, 1960 (Ordoviciano)
Subclase Nautiloidea Agassiz, 1847
Orden Tarphycerida Flower, 1950
Suborden Tarphycerina Flower, 1950 (Ordoviciano a Silúrico)
Suborden Barrandeocerina Flower (Ordoviciano a Devónico)
Orden Oncocerida Flower, 1950 (Ordoviciano a Carbonífero)
Orden Discosorida Flower, 1950 (Ordoviciano a Devónico)
Orden Nautilida Agassiz, 1847
Suborden Rutocerina Shimanskiy, 1957 (Devónico a Triásico)
Suborden Lirocerina Shimanskiy, 1957 (Carbonífero a Triásico)
Suborden Nautilina Agassiz, 1847 (Triásico - actual)
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