In 1850 had Parijs ongeveer 600.000 inwoners. Daarna groeide het snel doordat de industriële expansie een constante stroom van mensen uit de provincies aantrok. In 1870 had de bevolking de 1.000.000 overschreden, en in 1931 telde de agglomeratie ongeveer 5.000.000 mensen, waarvan meer dan de helft in de stad Parijs woonde, de administratieve stad binnen de oude poorten. Na de Tweede Wereldoorlog zette deze groei door, en aan het begin van de 21e eeuw telde Groot-Parijs meer dan 10.000.000 inwoners. De bevolking van de stad Parijs daalde echter gestaag, van een piek van ongeveer 2.900.000 in 1931 tot ruwweg 2.200.000 in 2012, zodat ongeveer vier op de vijf Parijzenaars buitenwijkbewoners waren. De verschuiving vond deels plaats omdat massale herhuisvesting de hoge dichtheid van de stad verminderde, hoewel deze ruim boven het Noord-Europese gemiddelde bleef. Veel gezinnen verhuisden naar nieuwere en ruimere woningen in de kleinere steden rond de hoofdstad, waardoor de stad Parijs achterbleef met een vergrijzende, merkwaardig eenzame bevolking, waarbij bijna de helft van de huishoudens uit slechts één persoon bestond. In de eerste jaren van de 21e eeuw begon de bevolking van de stad echter langzaam toe te nemen. Doordat het geboortecijfer steeg en ouderen de neiging vertoonden buiten de hoofdstad met pensioen te gaan, werd de Parijse bevolking ook jonger.
De in Parijs geboren Parijzenaars zijn in de minderheid bij degenen die buiten de stad zijn geboren en van wie velen hun provinciale of internationale banden behouden. Vandaar dat veel winkels, restaurants en buurten een Frans regionaal of internationaal tintje hebben. Hoewel de meeste niet-autochtone Parijzenaars Frans zijn, is meer dan een tiende van de bevolking in het buitenland geboren. Ongeveer een derde van de buitenlandse inwoners van de stad is afkomstig uit lidstaten van de Europese Unie, maar de grootste immigrantengroepen zijn mensen van Afrikaanse afkomst – met name moslim-Arabieren uit de Noord-Afrikaanse landen Algerije, Marokko en Tunesië. In het algemeen wonen de gezinnen van Noord-Afrikaanse afkomst in de armere noordelijke wijken of, in toenemende mate, in de banlieues (voorsteden) rond de hoofdstad. In de late 20ste en vroege 21ste eeuw zorgden hoge werkloosheid en lage sociale mobiliteit voor raciale en religieuze spanningen in de banlieues.
Deze spanningen liepen in oktober 2005 hoog op toen twee tieners per ongeluk werden geëlektrocuteerd terwijl ze zich verstopten voor de politie in een elektriciteitsstation in Clichy-sous-Bois, een banlieue ten noordoosten van Parijs. De rellen van etnische minderheden die daarop volgden, ontzenuwden de overtuiging van veel Fransen dat hun land een voorbeeld was op het gebied van de integratie van mensen van verschillende religies en etnische groepen. In drie weken tijd breidden de onlusten zich uit van de satellietsteden rond Parijs naar een groot deel van de rest van het land. Discriminatie en gebrek aan kansen in de sterk geïmmigreerde voorsteden van Frankrijk voedden de protesten, die in de nacht van 7 november een hoogtepunt bereikten en 274 gemeenten in het hele land troffen. De volgende dag riep president Jacques Chirac de noodtoestand uit. Pas op 17 november, nadat bijna 9.000 auto’s in brand waren gestoken en bijna 3.000 arrestaties waren verricht, verklaarde de Franse politie dat het aantal brandende auto’s weer tot “normaal” was teruggekeerd. De noodtoestand werd pas in februari 2006 opgeheven.
De aanzienlijke zwarte bevolking van de stad bestaat uit immigranten uit de Franse overzeese departementen Martinique en Guadeloupe en uit West- en Centraal-Afrikaanse landen zoals Senegal, Mali en de Democratische Republiek Congo. Veel van deze immigranten wonen in de noordoostelijke delen van Parijs, net als mensen van Chinese en Turkse afkomst. Immigrantengroepen uit Zuidoost-Azië zijn geconcentreerd in het zuidoosten van Parijs.
Het grootste deel van de bevolking is nominaal rooms-katholiek, hoewel slechts een klein percentage regelmatig de mis bijwoont. Moslims zijn een belangrijke aanwezigheid in de stad, zoals blijkt uit de tientallen moskeeën, waaronder de Grande Mosquée de Paris (1922-26) in het 5e arrondissement. De joodse gemeenschap is geconcentreerd in de Rue des Rosiers in de wijk Marais, waar zich talrijke synagogen, koosjere winkels en Hebreeuwse boekhandels bevinden.