Le nom vient du latin nemus, le bois sacré. Dans l'Antiquité il n'y avait pas ici de bourg: il y avait le bois, et dans le bois l'un des sanctuaires les plus célèbres du monde romain, le temple de Diane Nemorensis, sur la rive nord du lac, sous les rochers où se tient aujourd'hui l'agglomération. Pour le bâtir il fallait assécher l'extrémité nord du lac, et pour cela, probablement à l'époque républicaine, on creusa dans la roche un émissaire: un tunnel long d'un peu plus d'un kilomètre et demi, haut de cinq mètres et demi à l'entrée, qui débouche dans la vallée voisine; aux siècles suivants il actionnait aussi un moulin. Le lac, pourtant, n'est pas à la commune: l'eau relève de la province, et à Nemi n'appartiennent que les rives qui en font le tour. Sous le centre ancien on situe la source de la nymphe Égérie qui, inconsolable de la mort de Numa Pompilius, se retira dans le bois de Diane et y fut transformée en eau.
Caligula fit construire pour ce lac deux navires énormes, l'un sanctuaire flottant et l'autre navire de plaisance avec des bâtiments dessus; après sa chute ils furent coulés. À la Renaissance Leon Battista Alberti tenta de les relever en les attachant à des tonneaux flottants, et n'y parvint pas, car le bois était pourri. Ils furent récupérés entre la fin des années vingt et 1932, en abaissant le niveau du lac par l'ancien tunnel romain, et placés dans un musée construit exprès sur la rive. Le trente et un mai 1944 le musée brûla et les navires furent détruits. Le reste de l'histoire de Nemi est plus petit et plus obstiné: en 1482 Sixte IV concéda le fief aux gens de Velletri pour leurs mérites de guerre, la concession dura peu, et la querelle sur les limites dut être réglée deux fois, en 1505 et en 1546. En 1514 un Colonna donna au bourg ses statuts. Aujourd'hui Nemi est la deuxième plus petite commune des Castelli Romani et elle est connue pour ses fraises, qui ont leur fête le premier dimanche de juin.