Theo Niên giám Thống kê 2021, dân số Thanh Hoá năm 2021 đạt 3,716 triệu người, đứng thứ ba cả nước chỉ sau Thành phố Hồ Chí Minh (9,166 triệu dân) và Hà Nội (8,33 triệu dân), là tỉnh đông dân nhất so với 6 tỉnh Bắc Trung Bộ và là tỉnh có dân số lớn nhất cả nước. Mật độ dân số ở Thanh Hoá là 334 người/km2.
Thanh Hoá là một tỉnh Bắc Trung Bộ, rộng 11.114 km2, đứng thứ năm cả nước, sau Nghệ An (16.486 km2), Gia Lai (15.510 km2), Sơn La (14.109 km2), Đắk Lắk (13.070 km2).
Phía Bắc, Thanh Hóa giáp ba tỉnh Sơn La, Hòa Bình, Ninh Bình; phía Nam giáp Nghệ An, phía Đông giáp biển Đông; phía Tây giáp tỉnh Hủa Phăn của Lào.
Theo Cổng thông tin Thanh Hoá, Thanh Hoá là tỉnh có nhiều đơn vị hành chính nhất cả nước với 27 đơn vị hành chính cấp huyện và tương đương, có 579 xã, 30 phường, 28 thị trấn và 6.031 thôn, xóm, bản làng; trong đó có 184 xã miền núi và 12 thị trấn miền núi (số liệu năm 2014). Tỉnh có 6 huyện, thị xã thuộc vùng ven biển, 11 huyện thuộc vùng núi và 10 huyện, thị xã, thành phố thuộc vùng đồng bằng.
Tuy là tỉnh đông dân nhất cả nước, nhưng dân cư Thanh Hoá lại phân bố không đồng đều theo các đơn vị hành chính và phân bố không đều giữa đồng bằng và miền đồi núi.
Dân cư chủ yếu tập trung đông ở thành phố, thị xã, thị trấn ven biển, ven sông và thưa thớt ở các vùng núi. Theo Niên giám Thống kê năm 2014 Thanh Hóa, tỉnh ta có mật độ dân số là 314 người/km2. Riêng thành phố Thanh Hoá có mật độ là 2.384 người/km2, các huyện Hậu Lộc, Hoằng Hoá, Quảng Xương có mật độ trên 1.100 người/km2.
Trong khi đó, tại các huyện miền núi như Mường Lát, Quan Sơn, Quan Hoá có mật độ thấp, chỉ từ 39 người đến 46 người/km2. Những nguyên nhân chính của sự phân bố dân cư chênh lệch trên đây phải kể đến sự phân bố không đều của tài nguyên thiên nhiên, hệ thống các cơ sở kinh tế - xã hội, hệ thống cơ sở hạ tầng phục vụ đời sống và cả lịch sử cư trú.
Do dân số tăng nhanh trong các thập kỷ trước, nên mỗi năm Thanh Hoá có thêm gần 30.000 người bước vào tuổi lao động. Đây là một vấn đề lớn của Thanh Hoá và để giải quyết việc làm cho người lao động, tỉnh cần phải có sự chuyển dịch nhanh và đa dạng hoá cơ cấu nền kinh tế.