В 1893 г. в «Новой деревне» (неофициальное название — Гусевка) на месте строительства железнодорожного моста через р. Обь проживали 764 человека. К моменту проведения Первой всеобщей переписи населения Российской империи (1897 г.) в поселке насчитывалось уже 8 473 чел., из которых на долю мужчин приходилось 52,9%, а на долю женщин — 47,1%.
Согласно данным полицейской переписи 25 января 1910 г. в безуездном (с 1903 г.) городе население составляло 52 695 человек. Город стал третьим городом Западной Сибири после Омска (127,9 тыс. чел.) и Томска (114,4 тыс.) по численности населения. Наличие железной дороги, инфраструктуры станции способствовало притоку населения. Город рос небывало высокими темпами. На основании данных адресного стола на 1 ноября 1914 г. в городе числилось (без военных) 86 419 человек, в целом же население города достигло 110 тыс.
Несмотря на трагические события — Первая мировая, революция, Гражданская война, эпидемии тифа и холеры, голод, продразверстка, антибольшевистское восстание, репрессии — город поражал темпами своего роста, за что и получил название «Сибирский Чикаго». Уже в ранге административного центра Сибкрая к 1926 г. в Новосибирске проживали 120,1 тыс. человек.
В 1930 г. в состав города включена территория левого берега, начинается промышленное освоение территории, требующее новых людских ресурсов. В 1934 г. население Новосибирска составляло 176 000 человек; к началу Великой Отечественной войны — 405 300 человек; а за счет эвакуации население выросло до 605 000 жителей.
В 1950-е годы количество жителей города прирастало учеными Академгородка, студентами новых вузов, строителями Новосибирской ГЭС.
Новосибирск стал первым самым молодым городом-миллионником страны в 1962 г. Миллионный рубеж столица Сибири смогла преодолеть за 69 лет, побив рекорд Чикаго, который шел к этому 90 лет. Новосибирск включен в Книгу рекордов Гиннеса как самый быстрорастущий город мира.
До сих пор точно не известно, кто именно стал миллионным жителем — Михаил Щеголев или Николай Гребенкин, про которого был снят документальный фильм «Здравствуй, миллионер».
На сегодняшний день численность населения Новосибирска — около 1 635 338 человек (2023), это в масштабах страны третий по численности населения город после Москвы и Санкт-Петербурга.
Новосибирск — многонациональный город, с преобладанием русского населения (92,82%); к наиболее многочисленным этническим группам из 180 национальностей, проживающих в городе, относятся украинская, узбекская, татарская, немецкая, таджикская. Население трудоспособного возраста — 963,7 тыс. чел (59,4%). Самым многочисленным является Ленинский район, в нем проживает 302 803 горожанина. Следом идут Октябрьский (225 879) и Калининский (200 694) районы.