Tính đến ngày 1/4/2019, dân số của tỉnh là 632.375 người. Toàn tỉnh có 136.743 hộ gia đình, bình quân 4,4 nhân khẩu/hộ. Dân số thành thị có 195.413 người, chiếm 30,9%. Tỉ lệ tăng dân số tự nhiên tăng 0,55; dân số cơ học tăng không đáng kể. Bình quân mỗi năm dân số trung bình toàn tỉnh tăng thêm khoảng 5.000-6.000 người. Đây cũng là tỉnh ít dân nhất vùng Bắc Trung Bộ với gần 700.000 dân.

Trong cơ cấu dân số phân theo giới tính, nữ chiếm 50,4%, nam chiếm 49,6%; phân theo độ tuổi, từ 0-59 tuổi chiếm khoảng 90,9%, chỉ tiêu này cho thấy đây là cơ cấu dân số trẻ, riêng dân số dưới 15 tuổi chiếm 37,9%, đây là lực lượng lao động dự trữ dồi dào của tỉnh.

Mật độ dân số toàn tỉnh là 126,7 người/km2,thuộc loại thấp so với các tỉnh, thành khác trong cả nước. Dân cư phân bố không đều giữa các vùng lãnh thổ, tập trung đông ở các thành phố, thị xã, các huyện đồng bằng như thị xã Quảng Trị: 308 người/km2, thị xã Đông Hà: 1.157 người/km2, trong khi đó huyện Đakrông chỉ có 29 người/km2, Hướng Hoá 64 người/km2. Sự phân bố dân cư không đồng đều giữa các vùng gây ảnh hưởng không nhỏ tới việc xây dựng các công trình hạ tầng giao thông, điện, nước, thủy lợi, trường học, trạm y tế... phục vụ sản xuất và dân sinh ở những vùng có địa hình núi cao, chia cắt, thưa dân.

Tính đến ngày 1 tháng 4 năm 2019, toàn tỉnh có 9 tôn giáo khác nhau đạt 86.363 người, nhiều nhất là Phật giáo có 52.881 người, tiếp theo là Công giáo có 25.720 người, đạo Tin Lành có 7.750 người. Còn lại các tôn giáo khác như Tịnh độ cư sĩ Phật hội Việt Nam có năm người, đạo Cao Đài và Baha'i giáo mỗi tôn giáo có hai người, Hồi giáo, Phật giáo Hòa Hảo và Tứ Ân Hiếu Nghĩa mỗi tôn giáo chỉ có một người.[12]