Nautiloidele fac parte din grupul de animale cunoscute sub numele de cefalopode. Cefalopodele sunt o clasă avansată de moluște. Cefalopodele includ, de asemenea, amonoidele, Belemnites și coleoidele moderne, cum ar fi caracatița și calmarul.
În mod tradițional, cea mai comună clasificare a cefalopodelor a fost o împărțire în trei categorii: nautiloide, ammonoide și coleoide. Acest articol se referă la nautiloidele în acest sens larg, denumite uneori Nautiloidea sensu lato.
Din punct de vedere cladistic, nautiloidele sunt un grup parafilic unit prin trăsături primitive (bazale) comune care nu se regăsesc la cefalopodele derivate. Cu alte cuvinte, ele reprezintă un grad evolutiv care se crede că a dat naștere atât ammonoidelor, cât și coleoidelor. Ei sunt definiți prin excluderea acestor două grupuri descendente. Atât ammonoidele, cât și coleoidele au descins probabil din bactritide, care, la rândul lor, au apărut din nautiloidele ortoceride cu cochilie dreaptă.
Amonoidele (un grup care include amoniții și goniatitele) sunt verișoare dispărute ale nautiloidelor, care au evoluat la începutul Devonianului, în urmă cu aproximativ 400 de milioane de ani.