武威境内有人类活动的历史很早。早在四、五千年前，这里就有戎、崔、月氏、乌孙等北方民族聚族而居。据《汉书·地理志》记载，武帝时，武威郡共有17581户，76419人。东汉时灾害频繁，武威郡人口随之下降，据《续汉书·郡国志》载，武威郡户减至10042，人口减至32226人。至唐时，武威社会安定，经济繁荣，人口大幅度增长，《旧唐书地理志》载，唐天宝时，武威郡己达22462户，120281人。明朝统一全国后，采取大规模移民、屯田的政策，充实边防，全国人口逐渐回升。明洪武、永乐年间，武威人口发展到9112户，49538人。清朝，经过康乾盛世，武威人口较明时有很大发展，至乾隆年间，武威共有64607户，372323人。民国时期，人口基本处于“高出生、高死亡、低增长”的状态。1946年后，随着解放战争的节节胜利，人口开始逐渐回升，并趋于稳定。到1949年，武威人口达到87万人。

建国后，武威人口进入一个新的历史发展阶段。总人口由1949年的87万人发展到2010年的181.66万人。期间，人口发展大致经历了六个阶段：1950年—1957年，是第一个人口迅速增长阶段。8年间，净增人口20.7万人，增长23.65%，形成了第一个人口增长高峰。1958—1963年，是本市人口发展的低谷阶段。由于连续三年的自然灾害，本市死亡人口、外流人口的比例增大，到1961年底，全市总人口比1957年减少9.66万人，形成了建国以来人口发展史上的第一个“低谷”。1964一1973年，是本市人口增长的第二个高峰阶段。10年间，全市净增人口32.56万人，增长31.75％。1974一1988年，是本市人口稳定增长阶段。这一阶段，由于广泛开展计划生育，大力控制人口增长，全市人口增长过快的势头得到初步遏制，人口增长速度明显放慢，到1988年，总人口达160.90万人。1989年—2002年，为人口过快增长得到有效遏制阶段。这一阶段由于《甘肃省计划生育条例》出台，计划生育政策进一步得到贯彻落实，人口过快增长得到有效遏制，人口出生率由1989年的17.74‰下降至2003年的11.94‰，至此，我市人口进入了低生育水平发展阶段。

2010年第六次全国人口普查结果显示，11月1日零时全市常住人口181.51万人，其中，城镇人口50.03万人，乡村人口131.48万人，聚居着汉、藏、回、蒙等38个民族。

2020年，根据《全国人口普查条例》武威市开展了第七次人口普查工作，2020年11月1日零时全市常住人口为146.50万人，同2010年第六次全国人口普查相比，减少了35.01万人，年平均增长率为-2.12%。全市共有家庭户52.91万户，集体户1.62万户。家庭户人口为138.34万人，集体户人口为8.16万人。平均每个家庭户的人口为2.61人。全市常住人口中，男性人口为74.03万人，占50.53%；女性人口为72.46万人，占49.47%，常住人口性别比（以女性为100，男性对女性的比例）102.16。聚居着汉、藏、土、回等41个民族。

根据2021-2024年人口变动抽样调查结果显示。2021年末全市常住人口144.33万人，男性人口73.02万人，女性人口71.31万人，人口性别比为102.40（以女性为100）。城镇常住人口69.6万人，乡村常住人口74.73万人，城镇人口占全市常住人口比重（城镇化率）为48.22%。2022年末全市常住人口144.51万人，男性人口72.95万人，女性人口71.56万人，人口性别比为101.94（以女性为100）。城镇常住人口为71.31万人，乡村常住人口73.2万人，城镇人口占全市常住人口比重（城镇化率）为49.35%。2023年末，全市常住人口为142.73万人，男性人口为71.88万人，女性人口为70.85万人，人口性别比为101.45（以女性为100）。城镇常住人口为72.6万人，乡村常住人口70.13万人，城镇人口占全市常住人口比重（城镇化率）为50.87%。2024年末，全市常住人口为142.21万人，男性人口为71.75万人，女性人口为70.46万人，人口性别比为101.83（以女性为100）。城镇常住人口为74.43万人，乡村常住人口67.78万人，城镇人口占全市常住人口比重（城镇化率）为52.34%。