Med bara ett spel kvar och bara de grupp vinnare att kvalificera sig, Nigeria kan inte göra upp sina fem-punkts underskott till bords toppar Egypten.
Ramadan Sobhy 65: e minut vinnare sätter Egypten på gränsen till kvalificering.
Egypten möter Tanzania i juni och kommer att boka sin plats i Gabon med något resultat bättre än ett 3-0 nederlag.
Nigeria vann Nations Cup 2013 men har nu lidit back-to-back elimineringar i kval.
De kastade allt framåt för att hitta en equalizer på tisdag och kom nära när West Ham ytter Victor Moses kraschade ett skott mot posten i 84: e minuten.
Matchen i Alexandria blev en nästan allt-eller-ingenting slips för Nigeria efter Chad drog sig ur gruppen på söndagen, med hänvisning till ekonomiska svårigheter, och alla resultat från deras matcher raderades.
Det lämnade bara tre lag i grupp G och i enlighet med reglerna i Afrikanska fotbollsförbundet skulle bara vinnaren kvalificera sig för finalen.
Egypten har sju poäng med en match att spela, mot botten klubb Tanzania, som har bara en poäng men två matcher kvar.
För att ha någon chans att kvalificera Tanzania skulle behöva slå Egypten med en bättre poänglinje än 3-0 nederlag de lidit i Egypten i juni eftersom head-to-head rekord skulle träda i kraft om sidorna färdiga nivå på poäng.
Tanzania skulle fortfarande behöva slå Nigeria i sin sista match i september.
Nigeria har misslyckats med att kvalificera sig för 2017 Afrika Cup of Nations efter att falla till en 1-0 nederlag i Egypten i sin grupp G match på tisdag.