Dân số Madrid tăng từ khi thành phố trở thành thủ đô quốc gia vào giữa thế kỷ 16 và cố định vào khoảng 3 triệu dân từ những năm 1970.

Từ khoảng năm 1970 đến giữa những năm 1990, dân số thành phố giảm. Hiện tượng này cũng ảnh hưởng đến những thành phố châu Âu khác, vốn xảy ra một phần là do sự tăng trưởng của những vùng ngoại ô vệ tinh với mức phí tổn như các khu buôn bán kinh doanh trong thành phố. Một lý do khác có thể là sự suy giảm mức tăng trưởng kinh tế của châu Âu.

Sự tăng vọt dân số đẩy mạnh vào cuối những năm 1990 và những năm đầu của thế kỷ 21 do quá trình di cư quốc tế, có nguồn gốc từ làn sóng tăng trưởng kinh tế ở Tây Ban Nha. Theo số liệu thống kê, dân số thành phố tăng 271.856 người từ năm 2001 đến năm 2005.

Với vai trò là thành phố thủ đô của Tây Ban Nha, thành phố do đó thu hút nhiều di dân từ khắp nơi trên thế giới. Khoảng 83,3$ cư dân là người Tây Ban Nha, những người khác có nhiều nguồn gốc khác, bao gồm di dân từ Mỹ Latinh, châu Âu, châu Á, Bắc Phi và Tây Phi, tổng cộng chiếm khoảng 16,2% dân số Madrid vào năm 2007..[31]

10 nhóm di dân lớn nhất bao gồm: Ecuador: 104.184, România: 52.875, Bolivia: 44.044, Colombian: 35.971, Peru: 35.083, Trung Quốc: 34.666, Maroc: 32.498, Cộng hoà Dominica: 19.602, Brasil: 14.583 và Paraguay: 14.308. Ngoài ra cũng có các cộng đồng lớn khác của người Philippines, Guinea Xích Đạo, Bulgaria, Ấn Độ, Ý, Argentina, Senegal và Ba Lan.[31]

Các quận có nhiều di dân nhất là Usera (28,37%), Centro (26,87%), Carabanchel (22,72%) và Tetuán (21,54%). Các quận có ít di dân nhất là Fuencarral-El Pardo (9,27%), Retiro (9,64%) và Chamartin (11,74%).