София е разположена непосредствено до северния склон на Витоша, в ограденото с планини Софийско поле (Стара планина, Витоша, Люлин, Лозенска планина). Пет планински прохода водят към града — Искърски, Владайски, Драгомански, Петрохански и Ботевградски. През тях още в древността минават важни пътища, свързващи Адриатика и Средна Европа с Черно и Егейско море, и Близкия Изток. Благодарение на стратегическото местоположение на Балканския полуостров, София и в миналото е била голям, оживен град, както и търговски, туристически и културен център. През нея протичат няколко маловодни реки, най-големи от които са Владайска и Перловска. Край източните квартали тече река Искър, но в този си участък тя не е пълноводна. София е известна от древността с многобройните си минерални и термални извори (15 находища с общ дебит на водите 130 л/сек.).
София е най-големият град на територията на България. През 1870 г. има около 19 000 жители, докато най-големият град по това време е Стара Загора, която преди опожаряването (1877 г.) e наброявала 25 480 жители. След освобождението на Източна Румелия град София е бил — 20 501 души население. По това време етнически София е разделена както следва, 56% са българи, 30% евреи, 7% турци и 6% роми.[23] През 1880 г. Константин Иречек отбелязва, че в София има 20 махали с около 5 хиляди къщи. Няколко години след Освобождението градът започва постепенно да нараства с преселници от всички краища на България, но основно от Радомирско, Трънско, Брезнишко, Самоковско, Орханийско и Царибродско. През периода от 1900 до 1946 година населението на града претърпява най-голямото си увеличение – от около 68 000 души до над половин милион души.
Днес населението на област София по официални данни е 1 359 520 жители. По данни от преброяването през 2001 г. в област София живеят 1 177 577 души, от които 559 229 са мъже (47,5%), а 618 348 са жени (52,5%), или на 1000 мъже се падат 1106 жени. Най-големият район е Люлин със 120 117 жители, следван от Младост със 110 877 жители, Подуяне със 75 312 жители и Красно село със 72 773 жители. Най-много са софиянците между 18 и 64-годишна възраст (790 180 души), следвани от жителите до 18-годишна възраст (201 202) и тези над 65-годишна възраст (183 049). Средната възраст е 38,3 години.
Гъстотата на населението в края на 2000 г. е 909,1 души на км². По данни на някои печатни издания реалният брой на населението, което пребивава в столицата, е над 2 милиона души.[25] Според изказвания на официални лица, всяка година от провинцията в София трайно се заселват между 25 000 и 45 000 души[26]. Това предизвиква множество проблеми за града – пренаселеност, увеличаване на броя на автомобилите, улични задръствания, замърсяване на въздуха, жилищна криза, липса на места за паркиране и други.
Раждаемостта на 1000 души е 7.9, като до 2001 г. тя е в непрекъснат спад. Смъртността е 12.2 на 1000 и продължава да расте. Въз основа на тези данни годишният спад в броя на населението би бил 4.3 промила или 0.43%. Всъщност поради притока на хора от провинцията населението на София се увеличава. Детската смъртност е 11 бебета на 1000 живородени. През 1980 г. тя е била 18.9 на 1000. От 2001 г. раждаемостта в София непрекъснато нараства, достигайки 13 промила. Само за 10 години броят на родените деца се удвоява. Това създава проблем с детските градини, чийто брой е намалял наполовина при дълготрайния спад на раждаемостта след 1989 г.
Според преброяването от 2011 г., населението на София се състои от следните етнически групи: 1 136 000 българи (96%); 18 300 роми (1,5%); 6 500 турци (0,6%).[27] Около 17 000 души са посочили друга етническа група или не са се самоопределили. Не се забелязва разлика в процентите на тези три основни етнически групи в столицата в сравнение с преброяването от 2001 г.; като бройка, единствената основна разлика се намира сред българското население, което се е повишило с 12 000 души.[28] В преброяването от 2001 г. са посочени също и няколко по-малобройни общности в София, включително – 3 100 руснаци, 1 700 арменци, 1 200 гърци.
| Година | Брой на населението |
|---|---|
| 1870 | 19 000 |
| 1880 | 20 501 |
| 1887 | 30 456 |
| 1892 | 46 628 |
| 1900 | 67 953 |
| 1905 | 82 621 |
| 1910 | 102 812 |
| 1920 | 154 025 |
| 1926 | 213 002 |
| 1934 | 287 095 |
| 1939 | 401 000 |
| 1946 | 530 168 |
| 1956 | 725 838 |
| 1965 | 894 604 |
| 1975 | 1 066 299 |
| 1985 | 1 201 719 |
| 1992 | 1 190 126 |
| 2001 | 1 170 842 |
| 2011 | 1 359 520 |
София 