Население Николаева по состоянию на 1 марта 2020 года составило 480,1 тыс. человек или около 42 % населения Николаевской области. В начале 2014 года по численности населения среди городов Украины Николаев занимал 9-е место. Пик численности населения города был зарегистрирован в ходе последней советской переписи 1989 года и составил 523 812 человек. С тех пор людность города неуклонно снижается из-за интенсивной естественной убыли.
Общегородская динамика численности
Динамика численности населения районов города
Динамика численности населения районов Николаева в 1959—2008 гг.
Национальный состав населения Николаева в 1926—2001 гг
Языковая картина
Николаев, как и многие другие города северного Причерноморья, с концa XVIII века характеризуется преобладанием русского языка как родного (Перепись населения Украины 2001 года)Как и большинство городов юга Украины, Николаев возник и развивался как русскоязычный город, хотя языковые влияния соседнего украиноязычного массива также были заметны на всём протяжении истории города, что отмечал В. И. Даль, детство и юность которого прошли в Николаеве. По переписи 2001 года 56,8 % жителей города назвали русский язык родным, что после принятия в 2012 году закона «Об основах государственной языковой политики» послужило поводом придания ему статуса регионального. В июле 2018 года русский язык в городе, как и в области в целом, был лишен статуса регионального путём удовлетворения иска первого заместителя прокурора Николаевской области в Николаевском Окружном Административном Суде.
Переписи населения Российской империи, СССР и Украины традиционно учитывали только язык называемый родным. Согласно им, город всегда характеризовался преобладание русского языка как родного. Однако в позднесоветский и новоукраинский периоды интенсивная миграция украиноязычных селян привела к росту доли указывающих родным украинский язык. Реальное соотношение языков установить сложно из-за массового двуязычия большей части населения и смешения языков.
Вторжение России на Украину спровоцировало новую волну украинизации в городе, все больше людей предпочитают говорить на украинском языке.
В Российской империи
Языковой состав Николаева
на 1897 год
По данным разных лет
Языковой состав районов Николаева по переписи 2001 года, %
Согласно опросу, проведенному Международным республиканским институтом в апреле-мае 2023-го года, на украинском дома разговаривали 30 % населения города, на русском — 61 %.