La recensământul din 2002 populaţia stabilă a oraşului a fost de 317.660 de locuitori, cu o tendinţă negativă, iar densitatea populaţiei de 2.622 locuitori/km². Conform ultimului comunicat al Institutului Naţional de Statistică, la data de 1 ianuarie 2009 oraşul avea o populaţie de 311.586 locuitori şi 365.545 locuitori în zona metropolitană.
Din totalul populaţiei 85,52% sunt români. Cele mai importante comunităţi etnice sunt cele maghiare (aprox 7,5%), germane (2,25%) şi sârbe. De remarcat este că la Timişoara în ultimii ani, datorită creşterii economice a apărut şi o importantă comunitate de oameni de afaceri, care însă nu figurează în statisticile oficiale. Dintre aceştia se remarcă în primul rând italienii, cei mai numeroşi investitori străini prezenţi aici. Alte două comunităţi în creştere sunt cea slovacă şi ucraineană, care beneficiază şi de predare în limba maternă în unele unităţi de învăţământ preuniversitar.

Timişoara este situată în sud-estul Câmpiei Panonice (respectiv în sudul Câmpiei de Vest), în zona de divagare a râurilor Timiş şi Bega. Apele celor două râuri au format aici un ţinut foarte mlăştinos şi frecvent inundat. Timişoara însă s-a dezvoltat într-unul din puţinele locuri pe unde se puteau trece mlaştinile. Acestea au constituit pentru mult timp o autentică fortificaţie în jurul cetăţii, însă au favorizat şi o atmosferă umedă şi insalubră, precum şi proliferarea epidemiilor de ciumă şi holeră, care au menţinut relativ scăzut numărul de locuitori şi au împiedicat semnificativ dezvoltarea cetăţii.




Cu timpul însă reţeaua hidrografică a zonei a fost desecată, îndiguită şi deviată. În urma acestor lucrări râul Timiş a încetat să mai străbată oraşul. Îmbunătăţirea terenului a fost realizată în mod ireversibil prin construirea Canalului Bega începând cu 1728 şi desecarea completă a mlaştinilor din împrejurimi. Totuşi, terenul de pe raza oraşului moşteneşte o pânza freatică aflată la o adâncime de numai 0,5 - 5 metri, factor care nu permite construirea edificiilor înalte.