明嘉靖年间,全县有990户12354人。崇祯元年(1628)后,战事频仍,灾荒连年,断甲绝户,人口锐减。清顺治十六年(1659)仅有320户3385人。康熙五十二年(1713)三月,本县施行朝廷颁布的“滋生人丁,永不加赋”的诏令,并以康熙五十年丁册为常额,续生人丁,不予加赋。雍正时又实行“摊丁入亩”。宽松的人丁田赋政策使人口增殖较快,历代民间隐匿人口的现象有所改变。道光十年(1830),人口增至9330户49215人。同治年间,连年战乱,百姓横遭杀戮,加之光绪三年(1877)大饥荒接踵而至,境内十室九空,人口减少大半。清末民初,战事频繁,土匪四起,民不聊生,人口大减。民国二十年(1931),全县有4937户34704人。
1937年后,本县为陕甘宁边区中心县,大量接受安置难民、移民,人口呈增长趋势。当年有7726户40920人,次年剧增至58703人,1941年有12511户64797人,1943年有12432户64717人,1946年有12432户73670人。1947年,国民党军胡宗南部侵占延川,烧杀抢掠,次年全县人口减至61252人。
新中国成立后,随着人民生活水平逐步提高和医疗卫生条件不断改善,加之五六十年代对控制人口认识的偏差和工作失误,人口出生率上升,死亡率逐年下降,人口总数迅速增长。1949年全县仅有46591人,1959年增至72232人,10年净增25641人。1969年全县人口达100128人,比1959年增长27896人。70年代开始实行计划生育政策,人口增长率得到一定控制。1979年全县人口为121932人,10年内增加21804人。1990年为149748人,比1949年增长2.2倍,年均净增2516人。