Rozprzestrzenienie Takson kosmopolityczny. Najwięcej gatunków zamieszkuje strefę umiarkowaną półkuli północnej, preferując siedliska wilgotne. Podrodzina Nematinae występuje także w strefie subarktycznej. Najsłabiej przedstawiciele rodziny reprezentowani są w Australii i na małych wyspach. Żaden gatunek nie występuje naturalnie na Nowej Zelandii i Antarktydzie. W Polsce do 2000 roku stwierdzono 484 gatunki (zobacz: pilarzowate Polski).
Systematyka i filogeneza Najliczniejsza w gatunki rodzina rośliniarek. Dotychczas opisano ponad 5 tysięcy gatunków pilarzowatych, zgrupowanych w około 430 rodzajach i 7 podrodzinach: Allantinae Blennocampinae Heterarthrinae Nematinae Selandriinae Susaninae Tenthredininae
Monofiletyzm pilarzowatych względem bryzgunowatych i borecznikowatych jest niejasny. W wynikach analizy filogenetycznej Songa i innych z 2016 pilarzowate i bryzgunowate stanowią grupy siostrzane, jednak nie uwzględniono w tym badaniu borecznikowatych.
W zapisie kopalnym pilarzowate są znane od kredy, a ich najstarszym znanym przedstawicielem jest Palaeathalia laiyangensis.