In den 39 Chemnitzer Stadtteilen wohnen knapp 250.000 Menschen. Die bevölkerungsstärksten Stadtteile befinden sich allesamt in der Kernstadt von Chemnitz. Westlich und östlich vom Zentrum befinden mit dem Kaßberg (18.400) und dem Sonnenberg (16.600) die wohl berühmtesten und zugleich auch bevölkerungsstärksten Chemnitzer Stadtteile. Im Stadtteil Bernsdorf befindet sich die Technische Universität Chemnitz. Im Süden von Chemnitz - auf der Fläche von Kappel, Helbersdorf, Morgenleite, Markersdorf und Hutholz - befindet sich das ca. 35.000 Einwohner zählende Fritz-Heckert-Gebiet, eines der größten Plattenbaugebiete Ostdeutschlands. Durch Eingemeindungen in den 1990er Jahren hat Chemnitz acht ländlich geprägte Stadtteile hinzugewonnen, die jedoch nur überschaubare Einwohnerzahlen aufweisen.

Die Bevölkerungsentwicklung in Chemnitz im letzten Jahrzehnt zeigt ein leichtes Wachstum. Zum Ende des Jahres 2012 lebten 241.400 Menschen in der Stadt. Im Jahr 2017 erhöhte sich die Einwohnerzahl auf 247.400 (Anstieg um 2,5 % Prozent). Fünf Jahre später – nach einem corona-bedingten Rückgang in den Jahren 2021 und 2022 und einem starken Zuzug durch ukrainische Flüchtlinge im Jahr 2022 – lag die Einwohnerzahl am 31.12.2022 bei 248.900. Interessant ist auch die Entwicklung vor allem im Stadtkern. Hier hat sich die Einwohnerzahl in den letzten Jahren besonders positiv entwickelt, während Stadtteile am Rand tendenziell Einwohner verloren haben. Von 2012 bis 2022 wuchs die Bevölkerungszahl im Zentrum um +33 %, auf dem Sonnenberg um +18 %, im Lutherviertel um +15 %. Dies ist insbesondere auf die gestiegene Attraktivität der Kernstadt als Wohnstandort (vielfältige Sanierungen sowie und bezahlbares Wohnungsangebot für Zugezogene) zurückzuführen.

Die knapp 250.000 Einwohner verteilen sich auf ca. 133.000 Haushalte, wobei die genaue Zahl der Haushalte nicht exakt bekannt ist, sondern nur näherungsweise mit Daten aus dem Chemnitzer Einwohnermelderegister berechnet werden kann. Im Durchschnitt wohnen in Chemnitz je Haushalt 1,8 Personen. Je weiter man sich vom Zentrum Richtung Stadtrand wegorientiert, desto größer werden die Haushalte. Hier befinden sich viele Einfamilien-Häuser, in denen statistisch mehr Menschen Platz finden als in den von kleineren Mietwohnungen dominierten innerstädtischen Stadtteilen. Entsprechend hoch ist innerstädtisch die Zahl der Single- bzw. (präziser formuliert) die Zahl der 1-Personen-Haushalte. Aber Vorsicht: bei den vielen 1-Personen-Haushalte sollte nicht nur an junge Menschen im Sinne "klassischer Singles" gedacht werden. Aufgrund des hohen Altersdurchschnitts sind in Chemnitz sind auch viele ältere, (nur noch) alleinlebende Menschen zu finden. Die bekanntesten Beispiele hierfür sind das Yorckgebiet und Kapellenberg - die Stadtteile mit dem höchsten Altersdurchschnitt in der Stadt.