Die Einwohnerzahl des modernen Istanbuls stieg von 680.000 im Jahre 1927 auf 1,3 Millionen 1955, 2,5 Millionen 1975 und über 10 Millionen 2006. Von den 9.797.536 Einwohnern von 2005 lebten 6.486.993 im europäischen Teil von Istanbul und 3.310.543 auf der asiatischen Seite.
Etwa 70 Prozent der Bevölkerung Istanbuls sind durch Landflucht aus Anatolien, überwiegend aus Südost- und Ostanatolien zugezogen. Jedes Jahr entstehen dadurch am Stadtrand neue Gecekondus, die mit der Zeit ausgebaut werden und sich zu neuen Stadtteilen entwickeln.
Die folgende Übersicht zeigt die Einwohnerzahlen nach dem jeweiligen Gebietsstand. Bis 1914 handelt es sich meist um Schätzungen, die je nach Forschermeinung um bis zu ± 50 Prozent variieren. Der auffällige Rückgang der Bevölkerungszahl um 1900 bis 1927 steht mit der Vertreibung der großen griechischen Bevölkerung des damaligen Konstantinopels durch die Osmanen bzw. Türken im Zusammenhang. Die Zahlen von 1927 bis 2000 sind Ergebnisse von Volkszählungen. Die Zahlen von 2005 und 2006 beruhen auf Hochrechnungen. Die Verdoppelung der Bevölkerung Istanbuls zwischen 1980 und 1985 ist auf Zuzug, natürliche Bevölkerungszunahme und auch auf administrative Maßnahmen, wie beispielsweise Erweiterungen der Stadtgrenze, zurückzuführen. Die Einwohnerzahlen in der folgenden Tabelle beziehen sich auf die Stadt in ihren politischen Grenzen, ohne politisch selbstständige Vororte.
Eine Schätzung der aktuellen Einwohnerzahlen gestaltet sich vor allem aufgrund der schwer erfassbaren Gecekondu-Bezirke schwierig. Istanbuler Nahverkehrs-Experten argumentieren mit 16 bis 20 Millionen Einwohnern.