Tính đến cuối năm 2011, tỉnh Thanh Hải có 5.681.700 nhân khẩu thường trú, trong đó có 2.626.200 người (46,2%) sinh sống tại các đô thị và 3.055.500 người (53,8%) sinh sống tại các khu vực nông thôn. Cũng theo đó, Thanh Hải có 2.669.300 người dân tộc thiểu số, chiếm 47% số nhân khẩu thường trú. Tỷ xuất sinh trong năm 2011 của Thanh Hải là 14,43‰, còn tỷ suất tử vong trong năm này là 6,12‰.[18]

Thanh Hải là tỉnh có nhiều dân tộc, bên cạnh người Hán ra, tỉnh còn có 36 dân tộc thiểu số khác, trong đó chủ yếu là người Tạng, người Hồi, người Thổ, người Tát Lạp và người Mông Cổ. Theo số liệu thống kê nhân khẩu hộ tịch thì vào cuối năm 2009, người Hán có 2.991.600 người và chiếm 53,68% tổng nhân khẩu toàn tỉnh, các dân tộc thiểu số có 2.581.400 người và chiếm 46,32%. Tỷ trọng dân tộc thiểu số của Thanh Hải xếp thứ ba tại Trung Quốc sau Tây Tạng và Tân Cương, còn cao hơn ba khu tự trị Nội Mông, Ninh Hạ và Quảng Tây. Trong đó, người Tạng có 1.223.800 người và chiếm 21,96%, người Hồi có 886.700 người và chiếm 15,91%, người Thổ có 230.700 người và chiếm 4,14%, người Tát Lạp có 122.600 người và chiếm 2,2%, người Mông Cổ có 97.500 người và chiếm 1,75%.[18] Người Hán chiếm ưu thế hơn hẳn tại Tây Ninh, Đức Linh Cáp và Cách Nhĩ Mộc, và ở những nơi khác tại đông bắc của tỉnh. Người Hồi sống tập trung tại Tây Ninh, Hải Đông, Dân Hòa, Hóa Long, và Đại Thông. Người Thổ chiếm ưu thế ở Hỗ Trợ và người Tát Lạp chiếm ưu thế tại Tuần Hóa.[21]

Cả người Hán và người Tạng bản địa tại Thanh Hải đều có điểm khác biệt so với đồng tộc của họ ở bên ngoài tỉnh; người Hán ở Thanh Hải nhiệt thành hơn với Phật giáo và chịu ảnh hưởng của phong tục Tạng, trong khi có nhiều người Tạng ở Thanh Hải không thể nói được tiếng Tạng và hòa nhập vào dòng chảy chính của văn hóa Trung Quốc.[21][22] Người Tạng Thanh Hải tự nhìn nhận họ khác biệt với người Tạng tại khu tự trị Tây Tạng,[22] và kỷ niệm nền độc lập không bị gián đoạn của khu vực này khỏi quyền kiểm soát từ Lhasa kể từ khi Thổ Phồn sụp đổ.[21] Người Tạng sinh sống với mật độ thấp tại sáu châu tự trị của mình, ngoài ra họ cũng cư trú tại huyện Đại Thông của Tây Ninh cùng huyện Bình An của địa khu Hải Đông. Tại Thanh Hải, chỉ có một bộ phận người Tạng ở Ngọc Thụ sử dụng phương ngữ Kham, còn lại dùng phương ngữ Amdo. Chữ Tạng vẫn thông dụng trong cộng đồng người Tạng tại Thanh Hải. Người Tạng hầu hết đều tin theo Phật giáo Tạng truyền.