I 1850 havde Paris ca. 600.000 indbyggere. Derefter voksede byen hurtigt i takt med den industrielle ekspansion, der tiltrak en konstant strøm af mennesker fra provinserne. I 1870 havde indbyggertallet oversteget 1.000.000, og i 1931 havde byområdet omkring 5.000.000 indbyggere, hvoraf mere end halvdelen boede i Paris, den administrative by inden for de gamle porte. Efter Anden Verdenskrig fortsatte denne vækst, og i begyndelsen af det 21. århundrede havde Greater Paris over 10 000 000 indbyggere. Indbyggertallet i Paris by faldt imidlertid støt, fra et højdepunkt på ca. 2.900.000 i 1931 til ca. 2.200.000 i 2012, således at ca. fire ud af fem parisere var forstadsboere. Skiftet fandt til dels sted, fordi massiv genhusning reducerede byens høje tæthed, selv om den fortsat lå et godt stykke over det nordeuropæiske gennemsnit. Mange familier flyttede ud til nyere og mere rummelige boliger i de mindre byer omkring hovedstaden, hvilket efterlod Paris med en aldrende og mærkeligt ensom befolkning, hvor næsten halvdelen af husstandene kun består af én person. Alligevel begyndte byens befolkningstal langsomt at stige i løbet af de første par år af det 21. århundrede. Med stigende fødselstal og en tendens til, at ældre personer trækker sig tilbage uden for hovedstadsområdet, blev den parisiske befolkning også yngre.
Paris-fødte parisere er i overtal af dem, der er født uden for byen, hvoraf mange bevarer deres provinsielle eller internationale tilknytning. Derfor har mange butikker, restauranter og kvarterer et fransk regionalt eller internationalt præg. Mens de fleste parisere, der ikke er født i Paris, er franskmænd, er mere end en tiendedel af befolkningen født i udlandet. Omkring en tredjedel af byens udenlandske indbyggere kommer fra EU’s medlemslande, men de største indvandrergrupper er folk af afrikansk oprindelse – især muslimske arabere fra de nordafrikanske lande Algeriet, Marokko og Tunesien. Generelt er familier af nordafrikansk oprindelse samlet i de fattigere nordlige kvarterer eller i stigende grad i de perifere banlieues (forstæder) omkring hovedstaden. I slutningen af det 20. og begyndelsen af det 21. århundrede gav høj arbejdsløshed og lav social mobilitet næring til racemæssige og religiøse spændinger i banlieues.
Disse spændinger kogte over i oktober 2005, da to teenagere ved et uheld blev ramt af elektrisk stød, mens de gemte sig for politiet i en elstation i Clichy-sous-Bois, en banlieue nordøst for Paris. De efterfølgende optøjer blandt etniske minoriteter gjorde op med mange franskmænds tro på, at deres land havde været eksemplarisk med hensyn til integration af mennesker med forskellige religioner og etniciteter. I løbet af tre uger spredte urolighederne sig fra satellitbyerne omkring Paris til store dele af resten af landet. Diskrimination og manglende muligheder i Frankrigs forstæder med mange indvandrere gav næring til protesterne, som kulminerede natten til den 7. november og berørte 274 kommuner rundt om i landet. Den følgende dag erklærede præsident Jacques Chirac undtagelsestilstand. Først den 17. november, efter at næsten 9.000 biler var blevet brændt og næsten 3.000 anholdelser foretaget, erklærede det franske politi, at antallet af bilafbrændinger var vendt tilbage til “normal”. Undtagelsestilstanden blev først ophævet i februar 2006.
Byens betydelige sorte befolkning består af indvandrere fra de franske oversøiske departementer Martinique og Guadeloupe samt fra vest- og centralafrikanske lande som Senegal, Mali og Den Demokratiske Republik Congo. Mange af disse indvandrere bor i de nordøstlige dele af Paris, ligesom folk af kinesisk og tyrkisk oprindelse bor i de nordøstlige dele af Paris. Indvandrergrupper fra Sydøstasien er koncentreret i den sydøstlige del af Paris.
Det meste af befolkningen er nominelt romersk-katolsk, selv om kun en lille procentdel deltager regelmæssigt i messen. Muslimer er en vigtig tilstedeværelse i byen, hvilket fremgår af de snesevis af moskeer, herunder Grande Mosquée de Paris (1922-26) i 5. arrondissement. Det jødiske samfund er centreret i rue des Rosiers-kvarteret i Marais-kvarteret, hvor der er mange synagoger, kosher-butikker og hebraiske boghandlere.