София е най-големият град на територията на България. През 1870 г. има около 19 000 жители, докато най-големият град по това време е Стара Загора, която преди опожаряването (1877 г.) e наброявала 25 480 жители. След освобождението на Източна Румелия градът с най-голямо население е Пловдив - 33 032 души, след него се подреждат Русе — 26 163 души, Варна — 24 555, Шумен — 23 093 души, София — 20 501 души, Сливен — 20 000 и Стара Загора с 15 500 души население. По това време етнически София е разделена както следва: 56% са българи, 30% евреи, 7% турци и 6% роми. През 1880  г. Константин Иречек отбелязва, че в София има 20 махали с около 5 хиляди къщи. Няколко години след Освобождението градът започва постепенно да нараства с преселници от всички краища на България, но основно от Радомирско, Трънско, Брезнишко, Самоковско, Орханийско и Царибродско. През периода от 1900 до 1946 година населението на града претърпява най-голямото си увеличение - от около 68 000 души до над половин милион души.

Днес населението на област София по официални данни е 1 359 520 жители (2011 г.). По данни от преброяването през 2001 г. в област София живеят 1 177 577 души, от които 559 229 са мъже (47,5%), а 618 348 са жени (52,5%), или на 1000 мъже се падат 1106 жени. В град София живеят 1 094 410 души, като мъжете са 518 149, а жените 576 261. Най-големият район е Люлин със 120 117 жители, следван от Младост със 110 877 жители, Подуяне със 75 312 жители и Красно село със 72 773 жители. Най-много са софиянците между 18 и 64-годишна възраст (790 180 души), следвани от жителите до 18-годишна възраст (201 202) и тези над 65-годишна възраст (183 049). Средната възраст е 38,3 години.