Während die erste Siedlung noch 117 Häuserblocks umfasste, dehnte sich Lima später zunächst hauptsächlich nach Norden aus. 1562 ist ein weiteres Stadtviertel am anderen Flussufer gebaut worden. Doch erst im Jahre 1610 wurde die erste Steinbrücke eingeweiht. Zu dieser Zeit hatte Lima circa 16.000 Einwohner. 1861 überschritt die Bevölkerungszahl die Grenze von 100.000. Bis 1927 hatte sich diese Zahl verdoppelt. Die meisten Zuwanderer kamen jedoch seit den 1950er Jahren. Heute leben rund sieben Millionen Menschen in Lima. Der überwiegende Teil der Flüchtlinge siedelt sich an der Peripherie an, so dass sich die Stadt in nördliche und südliche Richtung ausdehnt.
Noch in den 1960er Jahren duldete der Staat die Landbesetzungen am Stadtrand, verteilte Besitztitel und sorgte für die nötigsten Infrastrukturleistungen. In den 1970er Jahren wurden dann für viele Menschen mit Wohnsitz an der Peripherie die stundenlangen Busfahrten jeden Tag in das Stadtzentrum zum Problem. Deshalb wurde von der Stadtverwaltung beschlossen, Lima solle sich nicht weiter ausdehnen. Heute lassen sich zahlreiche Wohnungssuchende unerlaubterweise in den öffentlichen Parks, auf Schulgrundstücken oder privatem Besitz nieder, was zu einer Verstärkung des Konfliktes zwischen den armen und reichen Bewohnern führt.
Die Einwohnerzahl der eigentlichen Stadt (Ciudad de Lima) ohne den Vorortgürtel hat sich in den letzten fünf Jahrzehnten verachtfacht: Lebten 1951 in der Stadt 835.000 Menschen, so waren es bei der Volkszählung 2005 schon 6.445.974. Die Bevölkerungsdichte beträgt somit 7.805 Einwohner je Quadratkilometer. In Berlin sind es zum Vergleich 3.800.
In der Region Lima Metropolitana leben 6.954.583 Menschen. Die Bevölkerungsdichte beträgt hier 2.755 Einwohner je Quadratkilometer. In den Vorstädten und ländlichen Gebieten außerhalb von Lima leben 508.609 Menschen. Die Bevölkerungsdichte liegt dort bei 275 Einwohner je Quadratkilometer. Die Metropolregion Groß-Lima (Gran Lima) umfasst die 43 Bezirke der Region Lima Metropolitana und die sechs Bezirke der Region Callao. Dort leben 7.767.847 Menschen. Die Bevölkerungsdichte beträgt 2.755 Einwohner je Quadratkilometer (Stand jeweils 18. Juli 2005).
Die folgende Übersicht zeigt die Einwohnerzahlen der eigentlichen Stadt ohne den Vorortgürtel.
Das rasante Bevölkerungswachstum spiegelt sich auch in der kontinuierlichen Expansion des Stadtgebietes wider: