Folketallet i Mali var 2016 anslått til 18 mill. innb. Den årlige befolkningsveksten har lenge ligget rundt 3 %. Mali har svært høye fødselstall, og fertilitetsraten ligger på over 6 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, maurere og tuareger. Fulaniene kombinerer kvegdrift med jordbruk. Mange tuareger i nord er nomader. De øvrige gruppene livnærer seg hovedsakelig gjennom jordbruk. Slike tilpasninger kan imidlertid variere over tid. I tørkeår vil for eksempel flere flytter til byene eller nabolandene for å få betalt arbeid. Når nedbøren tar seg opp igjen vil mange flytte tilbake for å fortsette med jordbruk eller kvegdrift. En voldelig konflikt som startet med et opprør mot staten blant tuaregene i nord preget Mali på 1990-tallet (se for øvrig avsnittet om historie). Årsaken til opprøret var at de som nomader føler seg politisk og økonomisk marginalisert av staten som domineres av bambara og andre grupper i sør.
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
Over 90 % av befolkningen er muslimer. 1-2 % er kristne. 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.