Die Bevölkerungsexplosion im 20. Jahrhundert - 1900 hatte die Stadt erst 100.000 Einwohner - traf Los Angeles gänzlich unvorbereitet. Die Einwohner verteilten sich auf ein großes Gebiet, und diverse Flachbauten (Handelsgebäude, Einkaufszentren) wurden errichtet. Die Einwohnerzahl von Los Angeles nimmt auch heute kontinuierlich zu; eine bedeutende Rolle spielt dabei auch die Zuwanderung aus Lateinamerika (insbesondere aus Mexiko) und aus Asien. Mehr als ein Drittel der Bevölkerung von Los Angeles wurde außerhalb der USA geboren.
In Los Angeles leben Menschen aus insgesamt 140 Ländern, diese sprechen 224 verschiedene Sprachen. Die etwa zwei Millionen Lateinamerikaner (Latinos) machen rund die Hälfte der Gesamtbevölkerung von Los Angeles aus. In wenigen Jahren werden mehr Einwohner in Los Angeles Spanisch sprechen als Englisch. Die Latinos stellen etwa 45 Prozent der Familienhaushalte. Sie haben eine wesentlich höhere Geburtenrate als die Englisch sprechenden Bewohner der Stadt.
Eine stark zunehmende Bevölkerungsgruppe bilden die Asiaten und Zuwanderer von den Pazifischen Inseln. Sie haben wie die Schwarzen einen Anteil von rund zehn Prozent an der Gesamtbevölkerung der Stadt. Dabei handelt es sich überwiegend um Japaner, Chinesen, Koreaner, Vietnamesen, Thais, Filipinos und Iraner. Die Indianer spielen nur eine untergeordnete Rolle im Leben der Stadt. Ihre Anzahl wird auf etwas mehr als 100.000 geschätzt. 30 Prozent der Einwohner von Los Angeles gehören der weißen Bevölkerungsgruppe (ohne Latinos) an.
Die eigentliche Stadt Los Angeles hat gegenwärtig 3.877.129 Einwohner. Diese leben auf einer Fläche von 1.290,6 Quadratkilometern. Die Bevölkerungsdichte beträgt 3.004 Einwohner pro Quadratkilometer. In Berlin sind es zum Vergleich 3.800. Im Los Angeles County, dem engeren Verdichtungsraum der Stadt, leben 10.179.716 Menschen auf einer Fläche von 10.517 Quadratkilometern, was etwas kleiner als die Bodenfläche des Bundeslandes Oberösterreich ist. Die Bevölkerungsdichte beträgt 968 Einwohner pro Quadratkilometer. In der Metropolregion Los Angeles, dem erweiterten Verdichtungsraum, leben 17.542.279 Menschen (Stand 1. Januar 2005). Diese leben auf einer Fläche von 87.972 Quadratkilometer, was etwas größer als die Bodenfläche von Österreich ist. Die Bevölkerungsdichte beträgt 199 Einwohner pro Quadratkilometer.
Die folgende Übersicht zeigt die Einwohnerzahlen der eigentlichen Stadt nach dem jeweiligen Gebietsstand. Von 1800 bis 2000 handelt es sich um Volkszählungsergebnisse und 2005 um eine Berechnung.