沙蚕多为雌雄异体，无明显的生殖器官，只在生殖前期形成生殖腺，出现体色或形态变化，称异沙蚕体。其发育比较复杂，受精卵须经过螺旋卵裂、担轮幼虫、后担轮幼虫、疣足幼虫、刚节幼体等发育形成成体。

临近生殖时，多数种类通常在夜间离开海底浅洞穴到近海面处排出性细胞出球形幼体。有些沙蚕在洞内生殖。雌体排卵後即死去，并被雄体所食。