Em 1850 Paris tinha aproximadamente 600.000 habitantes. Cresceu então rapidamente, pois a expansão industrial atraiu um fluxo constante de pessoas das províncias. Em 1870 a população tinha ultrapassado 1.000.000, e em 1931 a conurbação continha cerca de 5.000.000 de pessoas, mais da metade delas vivendo na cidade de Paris, a cidade administrativa dentro dos portões antigos. Depois da Segunda Guerra Mundial esse crescimento continuou, e no início do século 21 a Grande Paris tinha mais de 10.000.000 de habitantes. A população da cidade de Paris, no entanto, diminuiu constantemente, de um pico de cerca de 2.900.000 em 1931 para cerca de 2.200.000 em 2012, de modo que cerca de quatro em cada cinco parisienses eram suburbanos. A mudança ocorreu em parte porque o realojamento maciço reduziu a alta densidade da cidade, embora ela tenha permanecido bem acima da média do norte da Europa. Muitas famílias mudaram-se para casas mais novas e espaçosas nas cidades menores em torno da capital, deixando a cidade de Paris com uma população envelhecida e curiosamente solitária, com quase metade dos lares consistindo de apenas uma pessoa. No entanto, nos primeiros anos do século XXI, a população da cidade começou a aumentar lentamente. Com as taxas de natalidade a aumentar e as pessoas mais velhas a tenderem a reformar-se fora da região da capital, a população parisiense também se tornou mais jovem.
Os parisienses nascidos fora da cidade são em menor número do que os nascidos fora da cidade, muitos dos quais mantêm os seus laços provinciais ou internacionais. Por isso, muitas lojas, restaurantes e bairros têm um sabor regional ou internacional francês. Enquanto a maioria dos parisienses não nativos são franceses, mais de um décimo da população é de origem estrangeira. Cerca de um terço dos residentes estrangeiros da cidade são de países membros da União Europeia, mas os maiores grupos de imigrantes são povos de origem africana – especialmente os árabes muçulmanos dos países do Norte de África da Argélia, Marrocos e Tunísia. Em geral, as famílias de origem norte-africana agrupam-se nos bairros mais pobres do norte ou, cada vez mais, nos banlieues periféricos (subúrbios) que circundam a capital. No final do século XX e início do século XXI, o alto desemprego e a baixa mobilidade social alimentaram as tensões raciais e religiosas nos banlieues.
Estas tensões se dissiparam em outubro de 2005 quando dois adolescentes foram acidentalmente eletrocutados enquanto se escondiam da polícia em uma subestação elétrica em Clichy-sous-Bois, um banlieue a nordeste de Paris. Os tumultos das minorias étnicas que se seguiram dissiparam a crença de muitos franceses de que o seu país tinha sido exemplar em termos de integração de pessoas de diferentes religiões e etnias. Durante três semanas, a agitação alastrou das cidades satélites em torno de Paris para grande parte do resto do país. A discriminação e a falta de oportunidades nos subúrbios franceses, fortemente imigrados, alimentaram os protestos, que culminaram na noite de 7 de novembro, afetando 274 comunas ao redor do país. No dia seguinte, o Pres. Jacques Chirac declarou o estado de emergência. Só no dia 17 de novembro, depois de quase 9.000 carros terem sido queimados e quase 3.000 presos, é que a polícia francesa declarou que o nível de queima de carros havia voltado ao “normal”. O estado de emergência só foi levantado em Fevereiro de 2006.
A população negra da cidade é constituída por imigrantes dos departamentos franceses ultramarinos da Martinica e Guadalupe, bem como de países da África Ocidental e Central, como o Senegal, Mali e a República Democrática do Congo. Muitos desses imigrantes habitam as porções nordestinas de Paris, assim como pessoas de origem chinesa e turca. Grupos de imigrantes do sudeste asiático estão concentrados no sudeste de Paris.
A maior parte da população é nominalmente católica romana, embora apenas uma pequena percentagem assista regularmente à missa. Os muçulmanos são uma presença importante na cidade, como evidenciado por suas dezenas de mesquitas, incluindo a Grande Mesquita de Paris (1922-26), no 5º arrondissement. A comunidade judaica está centrada na rue des Rosiers, bairro do Marais, onde existem numerosas sinagogas, lojas kosher e livrarias hebraicas.