Loven gjør det straffbart for homofile å møtes i offentlighet, og tegn på hengivenhet mellom to mennesker av samme kjønn kan straffes med opptil 14 års fengsel.
Medlemmer av homofile forbund og organisasjoner kan straffes med ti års fengsel, og det samme gjelder alle som har oppfordret til slik aktivitet.
President Goodluck Jonathan signerte loven uten noen offentlig kunngjøring, og ifølge The Guardian er allerede flere titalls homofile menn arrestert nord i landet.
Les:
– Har lister over homofile
Dorothy Aken'Ova ved Nigerias senter for helse og seksualrettigheter opplyser at politiet har en liste over 168 angivelig homofile menn i delstaten Bauchi, der 38 er arrestert allerede.
Hun frykter at arrestasjonene skal ødelegge for arbeidet med å bekjempe hiv og aids blant homofile i landet. Nigeria har rundt 3,4 millioner hiv-smittede, nest flest i verden.
En anomym, homofil mann i hovedstaden Lagos sier til nyhetsbyrået AFP at han er livredd for konsekvensene av den nye loven.
– Jeg er bekymret for homofile i hele landet. Regjeringen har nettopp legalisert vold, stigmatisering og diskriminering. Situasjonen vår har gått fra vondt til verre, sier han.
Ifølge UNAIDS er Nigeria ett av 78 land i verden der homofili er ulovlig.
Får kjeft av FN
Presidentens talsmann, Reuben Abari, mener loven passer befolkningen godt.
– Dette er en lov som er i tråd med folkets kulturelle og religiøse synspunkter. Loven reflekterer det nigerianske folkets tro og meninger. Nigerianere er fornøyde med den, sier Abari.
Nigerianske myndigheter blir imidlertid refset av både FN og flere internasjonale støttegrupper for homofile.
– Jeg har sjeldent sett en lov som krenker så mange grunnleggende, universale menneskerettigheter gjennom så få avsnitt, sier FNs høykommissær for menneskerettigheter, Navi Pillay.
USAs utenriksminister John Kerry mener Nigeria bryter sin egen grunnlov.
– Loven er uforenlig med Nigerias internasjonale forpliktelser, og undergraver de demokratiske reformene og menneskerettighetene i grunnloven. Alle fortjener å leve i frihet og likestilling. Ingen bør utsettes for vold eller diskriminering på grunn av hvem de er eller hvem de elsker, sier Kerry.