Trong 100 năm đầu, Chicago là một trong các thành phố phát triển nhanh nhất trên thế giới. Khi thành lập thành phố vào năm 1833, có ít hơn 200 người định cư tại đây, nơi đương thời là vùng biên giới của Hoa Kỳ. Trong cuộc điều tra nhân khẩu đầu tiên của thành phố, được tiến hành bảy năm sau đó, dân số đạt trên 4.000. Trong khoảng thời gian bốn mươi năm, dân số thành phố tăng từ mức gần 30.000 vào năm 1850 lên trên 1 triệu vào năm 1890. Lúc kết thúc thế kỷ 19, Chicago là thành phố lớn thứ năm trên thế giới,[57] và lớn nhất trong số các thành phố xuất hiện sau thời điểm bắt đầu thế kỷ 19. Trong vòng 60 năm sau Đại hỏa hoạn Chicago năm 1871, dân số tăng từ khoảng 300.000 lên trên 3 triệu,[58] và đạt 3,6 triệu người trong điều tra nhân khẩu năm 1950, đây là con số cao nhất từng ghi nhận được.

Từ hai thập niên cuối của thế kỷ 19, Chicago là điểm đến của các làn sóng nhập cư từ Nam, Trung và Đông Âu, như người Ý, người Do Thái, người Ba Lan, người Bosnia, và người Séc.[59] Giai cấp công nhân công nghiệp của thành phố có nền tảng là các dân tộc gốc Âu này, giai cấp này được bổ sung bằng một dòng người Mỹ gốc Phi từ miền Nam Hoa Kỳ, và dân số của người Da đen tại Chicago tăng gấp đôi từ năm 1910 đến 1920 và lại tăng gấp đôi từ năm 1920 đến 1930.[59] Đại đa số người Da đen Hoa Kỳ chuyển đến Chicago trong những năm này tụ tập tại một khu vực được gọi là "Vành đai Đen" tại South Side.[59] Năm 1930, hai phần ba số người Mỹ gốc Phi tại Chicago sống tại các khu vực mà người Da đen chiếm khoảng 90% dân số.[59] South Side của Chicago là nơi tập trung đông người Da đen đô thị thứ nhì tại Hoa Kỳ, sau Harlem tại New York.[59]

Theo điều tra nhân khẩu năm 2010,[60] có 2.695.598 người với 1.045.560 hộ gia đình tại Chicago. Trên một nửa dân số của tiểu bang Illinois sống tại vùng đô thị Chicago. Chicago là thành phố lớn nhất tại siêu đô thị Ngũ Đại Hồ.

Dân cư gốc Mỹ Latinh hoặc Iberia (Hispanic) chiếm 28,9% tổng dân số thành phố: 21,4% là người Mexico, 3,8% là người Puerto Rico, 0,7% là người Guatemala, 0,6% là người Ecuador, 0,3% là người Cuba, 0,3% là người Colombia, 0,2% là người Honduras, 0,2% là người El Salvador, 0,2% là người Peru.[61] Người da trắng phi Hispanic giảm từ 59% vào năm 1970 xuống 31,7% vào năm 2010.[55] Theo số liệu của Cơ quan Nghiên cứu cộng đồng Hoa Kỳ vào năm 2011, các tổ tiên người Âu lớn nhất là: người Ireland: (208.562), người Đức: (201.863), người Ba Lan: (165.177), người Ý (102.188), người Anh (66.107).[62]

Nhiều lãnh đạo tôn giáo thế giới từng đến Chicago, bao gồm mẹ Teresa và Đạt Lai Lạt Ma thứ 14.[63] Giáo hoàng Gioan Phaolô II đến Chicago vào năm 1979 trong chuyến công du đầu tiên của ông tới Hoa Kỳ sau khi được bầu làm giáo hoàng.[64]