Кельты, франки и германские племена, мигрировавшие через этот район до и после вторжения римлян, являются предками современных жителей Люксембурга. Официальные языки — люксембургский (диалект немецкого с элементами французского), французский и немецкий. Кроме того, многие жители говорят по-английски. Среди верующих около 95 % — католики, но конституция гарантирует свободу вероисповедания и в крупных городах имеются небольшие протестантские и иудейские общины.

Население Люксембурга в 1930 году составляло 300 тыс. человек, но во время Второй мировой войны произошло резкое сокращение численности населения, особенно мужского, в 1947 году - 291 тыс. и 1991 году - 385 тыс. В настоящее время население Люксембурга составляет более 454,2 тыс. человек. Около 70 % населения - люксембуржцы (франко-немецкое смешение). Пограничные с Германией и Бельгией районы заселены этнической группой, имеющей германское происхождение, на остальную часть Люксембурга сильное влияние оказало близкое соседство Франции. В настоящее время более трети населения страны — иностранцы (португальцы, итальянцы, французы, бельгийцы), приехавшие сюда в поисках работы.

Годовой естественный прирост населения составляет около 5 человек на 1000 жителей из-за притока иммигрантов, так как коэффициенты рождаемости и смертности практически равны. Чистый приток иммигрантов 9,26% (2002). Рождаемость 12,06%, смертность - 8,83%, детская смертность 4,71 человека на 1000 новорождённых (2002). Средняя продолжительность жизни 77,48 года, в т.ч. мужчин — 74,2 года, женщин — 80,79 года.

Возрастная структура населения: 0—14 лет 18,9%, 15-64 года 67%, 65 лет и старше 14,1%. Половая структура свидетельствует о некотором отставании числа мужчин (0,97%), значительный разрыв образуется лишь в возрастах 65 лет и старше (0,67%). Образовательный уровень высокий: в возрасте старше 15 лет умеют читать и писать все жители.

В столичном городе Люксембурге проживало 77,4 тыс. человек (1996). Другие города с населением свыше 15 тыс. человек – Эш-сюр-Альзет (24,6 тыс.), Дифферданж (16,4 тыс.) и Дюделанж (16 тыс.). Важные туристские центры – Эхтернах и Мондорф-ле-Бен.