Theo cuộc điều tra dân số ngày 1 tháng 4 năm 2019, tỉnh Sơn La có 1.248.416 người, đồng thời là tỉnh đông dân nhất vùng Tây Bắc Bộ. 13,8% dân số sống ở đô thị và 86,2% dân số sống ở nông thôn.

Tính đến ngày 1 tháng 4 năm 2019, toàn tỉnh có 7 tôn giáo khác nhau đạt 6.977 người, nhiều nhất là đạo Tin Lành có 3.110 người, tiếp theo là Công giáo đạt 2.950 người, Phật giáo có 870 người. Còn lại các tôn giáo khác như Hồi giáo có 42 người, Phật giáo Hòa Hảo có ba người, đạo Cao Đài và Minh Sư đạo mỗi tôn giáo chỉ có một người.[13]

Mật độ dân số phân bố không đều, tại Thành phố Sơn La có mật độ lên hơn 300 người/km2, các huyện Mai Sơn, Mộc Châu, Thuận Châu có mật độ hơn 100 người/km2, huyện Sốp Cộp có mật độ rất thấp, 31 người/km2, những nơi mật độ thấp nhất Sơn La đều nằm ở các xã thuộc các huyện Sốp Cộp, Bắc Yên, Sông Mã, có xã chỉ 9 người/km2 như xã Mường Lèo (Sốp Cộp).

Sơn La có 270.000 hộ dân, nhưng lại có đến 92.000 hộ nghèo, là tỉnh có số hộ nghèo lớn thứ 3 cả nước, chiếm 34%, là một trong những tỉnh nghèo của Việt Nam. Các huyện Sốp Cộp,, vân hồ, Bắc Yên, là những huyện nghèo của Sơn La, hộ nghèo chiếm từ 40-52% tổng dân số từng huyện, nằm trong danh sách 54 huyện nghèo của cả nước.