Dân số Khánh Hòa hiện nay phân bố không đều. Dân cư tập trung đông nhất ở thành phố Nha Trang (chiếm 1/3 dân số toàn tỉnh), trung tâm chính trị, kinh tế, văn hóa của tỉnh. Huyện Diên Khánh và thành phố Cam Ranh cũng có mật độ dân số khá cao (xấp xỉ 400 người/km²) thị xã Ninh Hòa và các huyện còn lại ở đồng bằng có mật độ dân cư không chênh lệch lớn và gần bằng mức trung bình toàn tỉnh (khoảng 200 người/km²), các huyện miền núi có mật độ dân số tương đối thấp là Khánh Sơn (62 người/km²) và Khánh Vĩnh (29 người/km²). Nơi có mật độ dân số thấp nhất tỉnh là huyện đảo Trường Sa (0,39 người/km²). Theo số liệu của Tổng cục Thống kê Việt Nam năm 2010 thì toàn tỉnh có khoảng 519.600 người sinh sống tại khu vực thành thị và 648.100 sinh sống ở khu vực nông thôn.