Массовое заселение территории Воронежской области началось со 2-й половины XVI века. В заселении и хозяйственном освоении Воронежского края решающий вклад внесли переселенцы из центральной России, а также черкасы (украинцы), заселившие преимущественно южные районы. К середине XIX века Воронежская губерния становится основной житницей страны, её население отличалось высокими темпами роста и территориальными различиями в плотности.
В 1811 году численность населения Воронежской губернии (которая была приблизительно на 10% больше по территории современной Воронежской области) составила около 1 100 000 человек, в 1859 году свыше 1 800 000 человек. Плотность населения в 1811 году достигала около 19 человек на км2, в 1859 году 37,3 человек на км2. Во 2-й половине XIX - начале XX века продолжался быстрый рост численности населения, что привело к относительному аграрному перенаселению Воронежской губернии. По данным Всероссийской переписи 1897 года, численность населения в Воронежской губернии составила 2 531 300 человек, на 01.01.1914 года 3 630 900 человек. Средняя плотность населения выросла до 49,4 человек на км2 в 1897 году и до 70,8 человек на км2 в 1914 году. При этом слабое промышленное развитие сдерживало процесс урбанизации.
В 1914 году удельный вес городского населения в Воронежской губернии составил 5,7%, (в 2,7 раза ниже, чем в среднем по Европейской России). При этом в городе Воронеже проживало 45,2% всех горожан губернии. Во 2-й половине XIX - начале XX века отмечался высокий естественный прирост населения, показатели рождаемости заметно превосходили показатели смертности (52,3 против 36,6 на 1 000 жителей в год). За период 1861-1913 годов средний показатель естественного прироста населения составил 15,7%, а за 1911-1913 годы 20,1%, что превышало средний уровень по Европейской России. Нарастание избыточности сельского населения привело к массовому развитию отхожих промыслов и миграционному оттоку в новые районы торгового зернового хозяйства на Северном Кавказе и в Сибири. За 1885-1914 годы число семейных переселенцев из Воронежской губернии в Сибирь составило 237 500 человек. По данным переписи 1897 года, число переселенцев в Кубанскую область после 1861 года достигло 118 700 человек.
События 1-й мировой и Гражданской войн привели к существенному снижению численности населения в Воронежской губернии. По данным переписи 1926 года, в ней проживало 3 130 000 жителей (вместе с Усманским уездом, переданным из Тамбовской губернии), а средняя плотность снизилась на 30% и составила 49,6 человек на км2. Индустриальное развитие города Воронеж (в том числе под влиянием эвакуации предприятий из Прибалтики) обусловило рост урбанизации. Удельный вес городского населения составил в 1926 году 10,4%.
В 1920-1930-е годы развернулись коллективизация сельского хозяйства, индустриализация, культурная революция, которые отразились на демографических процессах в Воронежском крае. Социальные потрясения, низкий уровень жизни, сложные бытовые условия, массовое вовлечение женщин в общественное производство привели к снижению рождаемости и уровня естественного прироста населения в Воронежской области до 10,5% в 1940 году. Социальные преобразования и спрос на трудовые ресурсы в промышленных районах страны вызвали массовый отток сельских жителей. За 1926-1939 годы сельское население Воронежской области сократилось на 172 500 человек, или на 7,4%. В 1939 году численность населения Воронежской области была равна 2 709 200 человек (на 4,2% больше, чем в 1926 году). Средняя плотность составила 51,7 человек на км2.
В 1939-1959 годах демографическое развитие Воронежской области определялось огромными людскими и материальными потерями во время Великой Отечественной войны. Общая численность населения сократилась на 340 500 человек (на 12,6%) и составила в 1959 году 2 368 700 человек. Поскольку численность городского населения выросла в 1,5 раза, то основные демографические потери пришлись на долю сельских жителей, численность которых сократилась на 608 200 человек, или на 28,4%. В 1959 году в городских поселениях Воронежской области проживало 34,6% всего населения, причём в городе Воронеж - 54,6% всех горожан.
За 1940-1960 годы произошло дальнейшее сокращение рождаемости, которая в 1960 году составила 20,6%. Вследствие быстрого индустриального развития нарастал массовый миграционный отток сельских жителей, который стал существенно превышать темпы естественного прироста. 1960-е годы оказались переломными в демографическом развитии Воронежской области. Массовый переход к малодетной семье вызвал широкое регулирование рождаемости, которая за период 1960-1970 годов сократилась на 39,8% и составила в 1970 году лишь 12,4%. В связи с сокращением численности детей и подростков стал возрастать удельный вес пожилых. В результате увеличились на 20,8% показатели общей смертности населения, которая в 1970 году составила 9,3%. В итоге Воронежская область перешла от расширенного к простому воспроизводству населения.
Продолжал нарастать процесс урбанизации. В 1970 году в городах проживало уже 45,5% всего населения Воронежской области. Продолжался процесс концентрации горожан в город Воронеж, в нём проживало уже 57,3% всех городских жителей. Шёл отток сельских жителей за пределы Воронежской области. В 1970 году общая численность населения Воронежской области составила 2 527 000 человек. При этом по сравнению с 1959 годом на 40,2% выросла численность горожан, а численность сельских жителей сократилась на 173 000 человек, или на 11,2%, средняя плотность составила 48,2 человек на км2. В 1970-1980-е годы произошла стабилизация естественного воспроизводства населения Воронежской области. Это прежде всего относится к рождаемости, изменения которой стали определяться различиями возрастных контингентов, входящих в репродуктивный возраст. Так, в 1981 году рождаемость в Воронежской области составила 13,2%, что даже превысило уровень 1970 года. В то же время прослеживается тенденция к повышению смертности, связанная с постарением населения. Естественный прирост составил всего 0,4 % в 1981 году.
В последние годы существования СССР в Воронежской области прекратился прирост населения. Важным фактором воспроизводства населения оставалась миграция. В 1970-е годы отток населения в 2,2 раза превышал его естественный прирост. В 1970-1980-е годы нарастал процесс депопуляции сельского населения; в 1981 году рождаемость составила 10,9%, смертность - 15,9% и естественная убыль - 5 %. За 1970-1989 годы численность сельского населения сократилась на 412 000 человек, или на 30%. В то же время городское население Воронежской области выросло на 30,9%, а его удельный вес составил 61%. В Воронежской области в 1989 году проживало 2 470 000 человек, что на 2,3% меньше, чем в 1970 году. Средняя плотность населения составила 47,1 человек на км2.
Экономические, социальные и политические изменения 1990-х годов негативны образом отразились на демографическом развитии Воронежской области. Системный кризис экономики, падение уровня жизни преобладающей части населения привели к падению рождаемости и повышению смертности. Со 2-й половины 1990-х годов резко сократившаяся миграция не смогла компенсировать возраставшую естественную убыль населения. За 1995-2007 годы численность населения Воронежской области уменьшилась на 211 300 человек, или на 8,4%. При этом депопуляция охватила как сельское, так и городское население. За 1995-2004 годы численность горожан сократилась на 68 800 человек, или на 4,5%; численность сельских жителей - на 81 400 человек, или на 8,4%. Происходило повышение уровня урбанизации: удельный вес городского населения на 2007 год составлял около 62%. В 1991 году на территории Воронежской области проживало 2 474 400 человек, в 1995 году 2 503 800 человек, в 2004 году 2 458 800 человек, в 2007 году 2 292 500 человек. Общая плотность составила 43,7 человек на км2. Если в 1995-1996 годах ежегодные темпы снижения численности населения не превышали 5 000, то в 1999-2000 годах они составили 16 000-18 000, а с 2001 года свыше 20 000 человек.
Низкая рождаемость (8,4% в 2005 году) определяется массовым распространением малодетности, откладыванием во времени рождения 1-го ребенка, сближением уровня рождаемости городских и сельских жителей, процессами распада и трансформации семьи, ростом внебрачной рождаемости. Уровень смертности среди мужчин трудоспособного возраста почти в 5 раз превышает уровень смертности среди женщин. В 2005 году миграционный прирост населения уменьшился более чем в 10 раз по сравнению с 1995 годом и составил всего 3 200 человек. Воронежская область в обмене мигрантами в пределах России теряет население. Миграционный прирост существует лишь за счёт притока из Украины и новых государств Центральной Азии. На январь 2006 года в Воронежской области состояло на учёте 2 500 вынужденных мигрантов, а общее число всех мигрантов составляет около 118 000 человек (около 5% всего населения).
В Воронежской области преобладает русское население. В южных районах в разговорной речи сохранилось много украинизмов. На рубеже XX-XXI веков в связи со значительным миграционным притоком из стран СНГ этническая структура населения становится более сложной, особенно в промышленных транспортных центрах. Наиболее сложная демографическая ситуация сложилась в сельской местности, где смертность в 3-4 раза превышает рождаемость и продолжается миграционный отток молодёжи в города. В 1989-2002 годах исчезло свыше 40 сельских населённых пунктов, а в 125 (на 2002 год) люди не проживали. В почти 1/4 сельских населённых пунктов число жителей не превышает 50 человек и отсутствует социальная и экономическая инфраструктура.
В целях решения наиболее острых проблем была разработана и реализовалась областная целевая программа «Демографическое развитие Воронежской области на 2008-2010 годы и на период до 2015 года».
Демографическая ситуация - это особенности и текущие изменения естественного движения и миграционной подвижности населения, создающие определенную половозрастную структуру населения и его динамику.
Диалекты Воронежского края представляют собой разновидность национальных языков, используемую в бытовом общении сельского населения и характеризующуюся территориальной закрепленностью, устной формой существования, отсутствием стилистической дифференциации.
Народный костюм Воронежского края, отражает сложную историю заселения южных окраин Российского государства.
На территории Воронежской области проживают представители десятков национальностей.
Для Воронежской области характерна относительно высокая плотность населения, которая составляет 43,2 человек на квадратный километр, в том числе сельского - 15,9 человек на квадратный километр.
Трудовые ресурсы - это часть населения, способная работать в общественном хозяйстве. Основную их долю составляет население в трудоспособном возрасте.
На начало 2016 года численность населения Воронежской области составила 2 333 477 человек. По количеству жителей она является крупнейшей в Центральном Черноземье и занимает 3 место в Центральной России после Москвы и Московской области.