La plupart des mille-pattes se reproduisent sexuellement par fécondation interne. La méthode précise diffère selon les espèces et peut impliquer ou non un comportement de parade nuptiale ou l'utilisation de phéromones.
Chez les mille-pattes, les ovules et les spermatozoïdes proviennent des gonopores des troisièmes segments du corps des animaux. Les mille-pattes mâles ont un organe sexuel secondaire, le gonopode, sur le septième segment du corps et doivent transférer le sperme des gonopores au gonopode avant la copulation.
Les mille-pattes mâles hérissés construisent une sorte de toile sur laquelle déposer le sperme. La femelle récupère le sperme et se féconde. Chez les espèces ayant un comportement de parade nuptiale, le mâle marche sur le dos de la femelle pour stimuler l'intérêt. Si la femelle est réceptive, elle lève la région de la tête, permettant au mâle de s'enrouler autour d'elle. Le mâle dépose le sperme dans la structure reproductrice femelle via un petit paquet, ou spermatophore. Chez les espèces qui utilisent des phéromones, les produits chimiques ne sont probablement efficaces que pour la communication à courte distance. La femelle pond ses œufs dans la terre ou les feuilles et, chez certaines espèces, les garde jusqu'à leur éclosion.
Deux espèces de mille-pattes hérissées sont capables de reproduction parthénogénique. Les mâles sont rares ou absents chez ces espèces, et la reproduction est asexuée, ce qui donne des jeunes qui sont essentiellement des clones de la mère.
