Inspirerad av liljedammen i Monets trädgård på Giverny i Frankrike var målningen den översta lotten på Sothebys försäljning av moderna och impressionistiska verk.
Det uppgick till strax under £122m, inklusive £15.2m för Piet Mondrians 1927 Komposition med röd, blå och grå.
Sotheby's sa att det bevisade samlare är fortfarande angelägna om att förvärva "trofi konst".
Målningar av Sisley, Picasso, Manet och Kandinsky var också bland de 46 verk, med bara fyra bitar misslyckas med att hitta köpare så många säljs nära den övre änden av pre-auction uppskattningar och ibland ovan.
"Nymféerna som säljer för en så enorm summa är återigen en återspegling av att detta fortfarande är en marknad som drivs av troféer, att de stora mästarnas stora verk fortfarande är eftertraktade", säger Philip Hook från Sotheby's.
Auktionshuset sade budgivningen för Monet arbete lockade köpare från Asien och över hela världen och fortsatte i 10 minuter, går upp i £ 250.000 steg i sina sista stadier.
Det stod att målningen, från "den mest ikoniska och hyllade av Monets målningsserie, kan räknas bland konstnärens största prestationer".
Den tillhörde en gång Paul Durand-Ruel, den legendariska konsthandlaren som kämpade för impressionisterna och representerade Monet.
Samma arbete hade erbjudits för auktion 2010 men nådde inte sitt reservpris. Sotheby's sade den här gången hade det haft en mer "realistisk" uppskattning på £ 20m till £ 30m.
Försäljningspriset på 31,7 miljoner pund inkluderade en köpares premie.
Två andra Monet målningar erbjöds också i försäljningen, La Seine en Argenteuil som sålde för £8,5m och Antibes, vue du platå Notre-Dame, som sålde för £7,9m.
En 1906 Claude Monet vattenliljor målning, Nympheas, har sålt för £ 31,7m i London, det näst högsta priset någonsin betalat för konstnären på en auktion.