Fe fyddai buddugoliaeth wedi gweld yr Adar Gleision yn camu uwchben West Brom yn y tabl.
Roedd hi'n edrych yn debyg mai Caerdydd fyddai'n hawlio'r pwyntiau llawn wedi i Jay Bothroyd eu rhoi ar y blaen.
Ond fe sicrhaodd gôl hwyr McGugan bod tîm Billy Davies i ymestyn eu rhediad heb golli i saith gêm yn y Bencampwriaeth.
Roedd tîm Dave Jones yn ffodus i beidio ildio cic gosb yn gynnar yn yr hanner cyntaf gyda Adam Matthews yn baglu cyn-asgellwr Abertawe Paul Anderson yn y cwrt cosbi.
Lee Camp oedd y prysuraf o'r ddau golwr yn ystod yr hanner cyntaf gan wneud sawl arbediad pwysig i rwystro'r tîm cartref.
Arbediodd ddwy gynnig o du allan i'r cwrt cosbi gan Peter Whittingham yn ogystal â chynnig gan Joe Ledley
David McGoldrick ac Anderson gafodd gyfleoedd gorau Forest yn ystod y 45 munud agoriadol.
Fe gollodd chwaraewyr o'r naill tîm eu disgyblaeth cyn yr egwyl ar ôl i Whittingham faglu cyn amddiffynnwr Caerdydd, Chris Gunter.
Wedi naw munud o'r ail hanner fe gafodd ergyd gan Ledley ei chlirio oddi ar y llinell gan Radosław Majewski.
Ar ôl i McGoldrick fynd yn agos i Forest y tîm cartref aeth ar y blaen wedi 63 munud yn dilyn symudiad gwrth ymosodol da.
Rhwydodd Jay Bothroyd heibio Camp wedi iddo dderbyn y bêl gan Ledley gyda amddiffynnwr Forest yn hawlio bod yr ymosodwr yn camsefyll.
Wrth i Gaerdydd bwyso am yr ail gôl fe fu'n rhaid i David Marshall fod yn effro i arbed ergyd McGoldrick.
Ond nid oedd gan golwr yr Alban unrhyw siawns pan sgoriodd McGugan gydag ergyd ffyrnig yn ystod yr eiliadau olaf i unioni'r sgôr.
Caerdydd: Marshall, Matthews, Hudson, Gerrard, Kennedy, Whittingham, McPhail (Rae 26), Ledley, Burke, Bothroyd, Chopra.
Eilyddion: Enckelman, Gyepes, Quinn, Taiwo, Feeney, McCormack.
Cerdyn melyn: Whittingham, Chopra
Goliau: Bothroyd 63
Nottingham Forest: Camp, Gunter, Morgan, Wilson, Cohen, Garner (McCleary 66), McKenna, Moussi (Mc Gugan 77), Majewski (Adebola 62), Anderson, McGoldrick.
Eilyddion: Smith, Perch, Chambers, Lynch.
Cerdyn melyn: Wilson
Goliau: McGugan 90+1
Torf: 20,413
Dyfarnwr: Graham Salisbury (Sir Gaerhirfryn)