Folketallet i Mali var i 2016 anslått til 18 millioner innbyggere. Den årlige befolkningsveksten har lenge ligget rundt 3 prosent. Mali har høye fødselstall, og fruktbarhetstallet ligger på over 6 barnefødsler per kvinne. Den naturlige tilveksten (fødte ÷ døde) reduseres av arbeidsmigrasjon (særlig til landene ved kysten i sør). Ifølge FN-data fra 2003 har cirka 2 prosent av den voksne befolkningen hiv/aids.
Befolkningen er sammensatt av et titalls forskjellige etniske grupper. De største gruppene er bambara som teller drøye 30 prosent 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 flytte til byene eller nabolandene for å ta 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. Årsaken til opprøret var at tuaregene 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 samt til de mer fruktbare områdene i sør. Bybefolkningen har økt raskt og utgjør 30 prosent av folketallet. Største by er hovedstaden Bamako.
Religion
Over 90 prosent av befolkningen er muslimer, mens omkring 5 prosent er kristne. Øvrige deler av befolkningen tilhører tradisjonelle lokale religioner. Mange kombinerer islam eller kristendom med disse tradisjonelle religionene.
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.