Folketallet var 2005 anslått til 12,3 mill. innb. Gjennomsnittlig årlig befolkningstilvekst var i perioden 1993–2003 2,9 %. Mali har svært høye fødselstall, og fertilitetsraten for 2003 er beregnet til 7 barnefødsler per kvinne. Den naturlige tilveksten (fødte ÷ døde) reduseres av arbeidsmigrasjon (særlig til landene ved kysten i sør). Iflg. FN-data fra 2003 lever ca. 2 % av den voksne befolkningen med hiv/aids.
Befolkningen er sammensatt av et titalls forskjellige etniske grupper. De største gruppene er bambara som teller drøye 30 % av befolkningen, senufo, fulani, mandingo (malinke), dogon, songhai og tuareg. Fulani kombinerer kvegdrift med jordbruk. Også tuaregene i nord er nomader. De øvrige gruppene livnærer seg hovedsakelig gjennom jordbruk. De senere års tørkekatastrofe har tvunget mange fulanier og tuareger til å oppgi sin nomadiske livsform. En voldelig konflikt med utgangspunkt i tuareg-grupper har preget Mali i 1990-årene (se for øvrig avsnittet om historie).
Bosetningen er særlig konsentrert til elveområdene i de midtre og sørlige deler av landet. Bybefolkningen har økt raskt og utgjør 30 % av folketallet. Største by er hovedstaden Bamako.
Religion
Ca. 80 % av befolkningen er muslimer. 1,2 % tilhører kristelige minoritetsgrupper. Øvrige deler av befolkningen tilhører tradisjonelle lokale religioner.
Språk
Fransk er offisielt språk. Størsteparten av befolkningen snakker bambara som hører til mandespråkene i språkfamilien niger-kongo. Til denne språkgruppen hører også malinke. Gurspråkene er representert ved senufo, de vestatlantiske språkene ved fulani. I nord snakkes berberspråket tuareg.