Към 31.12.2020 г. населението на област Стара Загора е 311 400 души, което представлява 4.5% от населението на България и нарежда областта на 5-то място по брой на населението – непосредствено след област Бургас (409 750) и преди област Благоевград (301 138). В сравнение с 2019 г. населението на областта намалява с 1 996 души, или с 0.6%.