En 1850 París tenía aproximadamente 600.000 habitantes. A partir de entonces creció rápidamente, ya que la expansión industrial atrajo un flujo constante de personas de las provincias. En 1870 la población había superado el millón de habitantes y en 1931 la aglomeración contaba con unos 5.000.000 de personas, más de la mitad de las cuales vivían en la ciudad de París, la ciudad administrativa dentro de las antiguas puertas. Después de la Segunda Guerra Mundial este crecimiento continuó, y a principios del siglo XXI el Gran París tenía más de 10.000.000 de habitantes. La población de la ciudad de París, sin embargo, disminuyó constantemente, pasando de un pico de unos 2.900.000 habitantes en 1931 a unos 2.200.000 en 2012, de modo que aproximadamente cuatro de cada cinco parisinos eran habitantes de las afueras. El cambio se produjo en parte porque el realojamiento masivo redujo la alta densidad de la ciudad, aunque se mantuvo muy por encima de la media del norte de Europa. Muchas familias se trasladaron a casas más nuevas y espaciosas en los pueblos más pequeños de los alrededores de la capital, dejando a la ciudad de París con una población envejecida y curiosamente solitaria, con casi la mitad de los hogares formados por una sola persona. Sin embargo, en los primeros años del siglo XXI, la población de la ciudad comenzó a aumentar lentamente. Con el aumento de las tasas de natalidad y la tendencia de las personas mayores a jubilarse fuera de la región de la capital, la población parisina también se rejuveneció.
Los parisinos nacidos en París son superados por los nacidos fuera de la ciudad, muchos de los cuales mantienen sus vínculos provinciales o internacionales. De ahí que muchas tiendas, restaurantes y barrios tengan un sabor regional o internacional francés. Aunque la mayoría de los parisinos no nativos son franceses, más de una décima parte de la población ha nacido en el extranjero. Aproximadamente un tercio de los residentes extranjeros de la ciudad proceden de países miembros de la Unión Europea, pero los grupos de inmigrantes más numerosos son los de origen africano, sobre todo los árabes musulmanes de los países norteafricanos de Argelia, Marruecos y Túnez. En general, las familias de origen norteafricano se agrupan en los barrios más pobres del norte o, cada vez más, en las banlieues (suburbios) periféricas que rodean la capital. A finales del siglo XX y principios del XXI, el elevado desempleo y la escasa movilidad social alimentaron las tensiones raciales y religiosas en las banlieues.
Estas tensiones estallaron en octubre de 2005 cuando dos adolescentes se electrocutaron accidentalmente mientras se escondían de la policía en una subestación eléctrica en Clichy-sous-Bois, una banlieue al noreste de París. Los disturbios de las minorías étnicas que siguieron disiparon la creencia de muchos franceses de que su país había sido ejemplar en cuanto a la integración de personas de diferentes religiones y etnias. A lo largo de tres semanas, los disturbios se extendieron desde las ciudades satélite de los alrededores de París a gran parte del resto del país. La discriminación y la falta de oportunidades en los suburbios franceses, con una fuerte presencia de inmigrantes, alimentaron las protestas, que alcanzaron su punto álgido la noche del 7 de noviembre, afectando a 274 municipios de todo el país. Al día siguiente, el Presidente Jacques Chirac declaró el estado de emergencia. No fue hasta el 17 de noviembre, después de que se quemaran casi 9.000 coches y se realizaran casi 3.000 detenciones, que la policía francesa declaró que el nivel de quema de coches había vuelto a la «normalidad». El estado de emergencia no se levantó hasta febrero de 2006.
La considerable población negra de la ciudad está formada por inmigrantes de los departamentos franceses de ultramar de Martinica y Guadalupe, así como de países de África Occidental y Central como Senegal, Malí y la República Democrática del Congo. Muchos de estos inmigrantes habitan en las zonas del noreste de París, al igual que las personas de origen chino y turco. Los grupos de inmigrantes del sudeste asiático se concentran en el sureste de París.
La mayoría de la población es nominalmente católica, aunque sólo un pequeño porcentaje asiste a misa con regularidad. Los musulmanes tienen una presencia importante en la ciudad, como demuestran sus decenas de mezquitas, entre ellas la Grande Mosquée de Paris (1922-26) en el 5º distrito. La comunidad judía se concentra en la rue des Rosiers, en el barrio del Marais, donde hay numerosas sinagogas, tiendas kosher y librerías hebreas.