Molti nyamwesi sono convertiti all'islam o al Cristianesimo. Quest'ultimo cominciò a diffondersi presso questo popolo nel XIX secolo, in seguito all'opera di evangelizzazione dei missionari moraviani; per questo motivo, la confessione moraviana è molto diffusa presso il popolo nyamwesi. La Chiesa moraviana della Tanzania occidentale conta oggi circa 80.000 adepti.

La religione tradizionale nyamwesi è ancora oggi molto diffusa nelle campagne, nonostante l'influenza determinante di islam e Cristianesimo. Come altri popoli africani, gli nyamwesi credono in un dio supremo, ma rivolgono il culto soprattutto agli antenati, a cui si sacrificano capre e pecore. Il dio supremo nyamwesi viene chiamato in diversi modi: Likube ("dio supremo"), Limatunda ("creatore"), Limi ("sole") e Liwelolo ("universo"). Oltre al dio supremo, il pantheon nyamwesi comprende una pletora di spiriti. Gli stregoni (detti mfumu) svolgono il ruolo di intermediario fra gli uomini e le creature soprannaturali (spiriti e antenati). La stregoneria (chiamata bulogi) è un elemento centrale della cultura nyamwesi, e in gran parte è basata sul tema della possessione da parte di spiriti. Coloro che sono posseduti da un particolare spirito sono raggruppati in speciali società, come la società Baswezi (a cui appartengono coloro che sono posseduti dallo spirito Swezi).