Klänningen, med 6.000 naturliga vita pärlor, togs från London Hotel i västra Hollywood medan Nyong'o var ute ur rummet.
Nyong'o vann bäst stödjande skådespelerska 2014 för 12 Years a Slave och var en presentatör vid söndagens ceremoni.
Ett uttalande från hotellet sa att de jobbade med polisen.
Löjtnant William Nash från polisen i Los Angeles sa att poliser kollade övervakningsbilderna.
Konfliktrapporter tyder på att klänningen stals antingen på tisdag kväll eller under dagen på onsdag.
"Ms Nyong'o var inte i rummet vid tiden för stölden," Vicesheriff John Mitchell berättade Reuters.
"Homma"
Klänningen, designad av Francisco Costa för Calvin Klein, tog 25 personer 10 veckor att handskåda 6000 Akoya pärlor.
På den röda mattan på söndagen sade skådespelerskan till Associated Press att hon " bara bar mina diamanter och pärlor. Min hyllning till (musiker) prins".
På tal om klänningens design sade 31-åringen: "Vi talade om att det var flytande och flytande. Jag ville att det skulle bli en hyllning till havet."
Inga gripanden har gjorts.
Representanter för Calvin Klein avböjde att kommentera.
En skräddarsydd Calvin Klein-klänning, som bärs av skådespelerskan Lupita Nyong'o på årets Oscarsgalor, har stulits i Hollywood.