Conforme dados do último Censo Demográfico, realizado em 2010 pelo Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística (IBGE), a população total de Mato Grosso é de 3.035.122 habitantes. Esse contingente populacional é o segundo maior do Centro-Oeste e o 19° do Brasil, correspondendo a aproximadamente 1,6% da população total do país.
Com extensão territorial de 903.329,700 quilômetros quadrados, Mato Grosso apresenta grandes vazios demográficos, em especial na porção norte. Esse fato influencia diretamente na densidade demográfica (população relativa) estadual, que é de apenas 3,3 habitantes por quilômetro quadrado. Já a taxa de crescimento demográfico, com 1,9% ao ano, figura entre as maiores do país.
Cerca de 82% dos mato-grossenses residem em áreas urbanas e 18%, em áreas rurais. Com relação ao sexo, a maioria da população, 51%, é formada por pessoas do sexo masculino e 49% são do sexo feminino. A população indígena é expressiva, sobretudo no Parque Nacional do Xingu.
A influência indígena está presente na culinária e em algumas manifestações culturais. Entre os elementos da cultura estadual estão o Siriri, Cururu, Raqueado Cuiabano, o Boi, Dança dos Mascarados, Congo, Dança de São Gonçalo, etc.
Mato Grosso possui 141 municípios, sendo que a maioria apresenta população inferior a 20 mil habitantes. Cuiabá, capital estadual, é a cidade mais populosa, com 551.098 habitantes. Outros municípios populosos são: Várzea Grande (252.596), Rondonópolis (195.476), Sinop (113.099), Cáceres (87.942), Tangará da Serra (83.431), Sorriso (66.521) e Barra do Garças (56.560).
No aspecto social, os habitantes sofrem com o déficit nos serviços de saneamento ambiental, que atinge grande parte das residências. A taxa de mortalidade infantil está em declínio e, atualmente, é de 19,2 para cada mil nascidos vivos, estando abaixo da média nacional, que é de 22 óbitos para a mesma quantidade de nascidos vivos.