El nombre viene del latín nemus, el bosque sagrado. En la antigüedad aquí no había un pueblo: había el bosque, y en el bosque uno de los santuarios más famosos del mundo romano, el templo de Diana Nemorense, en la orilla norte del lago, bajo las peñas donde hoy está el caserío. Para construirlo había que desecar el extremo norte del lago, y para eso, probablemente en época republicana, se excavó en la roca un emisario: un túnel de poco más de un kilómetro y medio, de cinco metros y medio de alto en la boca, que sale al valle de al lado; en los siglos siguientes accionaba también un molino. El lago, sin embargo, no es del municipio: el agua es competencia de la provincia, y a Nemi le pertenecen solo las orillas que le dan la vuelta. Bajo el centro histórico se sitúa la fuente de la ninfa Egeria, que inconsolable por la muerte de Numa Pompilio se retiró al bosque de Diana y allí fue transformada en agua.
Calígula mandó construir para este lago dos naves enormes, una santuario flotante y la otra nave de placer con edificios encima; tras su caída fueron hundidas. En el Renacimiento Leon Battista Alberti intentó sacarlas atándolas a toneles flotantes, y no lo consiguió, porque la madera estaba podrida. Se recuperaron entre finales de los años veinte y 1932, bajando el nivel del lago a través del antiguo túnel romano, y se pusieron en un museo construido a propósito en la orilla. El treinta y uno de mayo de 1944 el museo ardió y las naves quedaron destruidas. El resto de la historia de Nemi es más pequeño y más obstinado: en 1482 Sixto IV concedió el feudo a los de Velletri por méritos de guerra, la concesión duró poco, y el pleito por los límites hubo de arreglarse dos veces, en 1505 y en 1546. En 1514 un Colonna dio al pueblo sus estatutos. Hoy Nemi es el segundo municipio más pequeño de los Castelli Romani y es conocido por las fresas, que tienen su fiesta el primer domingo de junio.