Các thống kê trong lịch sử cho thấy dân số Hà Nội tăng nhanh trong nửa cuối thế kỷ 20. Vào thời điểm năm 1954, khi quân đội Việt Minh tiếp quản Hà Nội, thành phố có 53 nghìn dân, trên một diện tích 152 km². Đến năm 1961, thành phố được mở rộng, diện tích lên tới 584 km², dân số 91.000 người. Năm 1978, Quốc hội quyết định mở rộng thủ đô lần thứ hai với diện tích đất tự nhiên 2.136 km², dân số 2,5 triệu người. Tới năm 1991, địa giới Hà Nội tiếp tục thay đổi, chỉ còn 924 km², nhưng dân số vẫn ở mức hơn 2 triệu người. Trong suốt thập niên 1990, với việc các khu vực ngoại ô dần được đô thị hóa, dân số Hà Nội tăng đều đặn, đạt con số 2.675.166 người vào năm 1999. Sau đợt mở rộng địa giới gần đây nhất vào tháng 8 năm 2008, thành phố Hà Nội có 6,233 triệu dân và nằm trong 17 thủ đô có diện tích lớn nhất thế giới. Theo kết quả cuộc điều tra dân số ngày 1 tháng 4 năm 2009, dân số toàn Hà Nội là 6.451.909 người, dân số trung bình năm 2010 là 6.561.900 người. Tính đến ngày 31 tháng 12 năm 2015, dân số Hà Nội là 7.558.956 người. Tính đến năm 2018, dân số Hà Nội là 8.215.000 người, 55% dân số (tức 4,5 triệu người) sống ở thành thị, 3,7 triệu sống ở nông thôn.(45%)