Hedmark har gjennom mer enn hundre år hatt en nesten kontinuerlig nedgang i andelen av landets folkemengde, fra 6,9 % i 1801, 5,6 % i 1900, 4,9 % i 1960 og 4,0 % i 2009. Denne utviklingen skyldes betydelig utflytting fra fylket, frem til den første verdenskrig, særlig til oversjøiske områder (emigrasjon), senere til andre deler av landet, spesielt Oslofjord-området. Utflyttingen fra fylket var særlig stor etter den annen verdenskrig og frem til midt i 1960-årene og må sees i lys av den tidligere meget store andelen av folkemengden sysselsatt i jord- og skogbruk i fylket. I 1970-årene hadde fylket noen år med til dels betydelig netto innflytting, men har etter 1980 hatt klart svekket flyttebalanse og har i enkelte år igjen fått netto utflytting. Etter 1975 har Hedmark i tillegg fått negativ naturlig tilvekst (flere døde enn fødte), et resultat av tidligere langvarig nettoutflytting fra fylket som har ført til relativt få kvinner i fruktbar alder og i tillegg en generell reduksjon i fruktbarheten. Hedmark hadde 2007 et samlet fruktbarhetstall på 1,74 (landsgjennomsnitt 1,90). Sammen med utviklingen i flyttemønsteret har dette gitt fylket stagnasjon og til dels tilbakegang i folketallet. Således hadde Hedmark i 2009 et folketall ubetydelig over det en hadde rundt 1980.
Hedmark er sammen med Oppland det minst urbaniserte fylket i landet. Andelen av folkemengden i byer og tettsteder var i 2007 55 %, mot 78 % for landet som helhet. Også befolkningstettheten er blant de laveste av fylkene, 7 innbyggere pr km2 landareal mot 16 i landet som helhet.
Befolkningen er svært ulikt geografisk fordelt i fylket, og utviklingen i folketallet er likeledes ujevn. Hedmarken med bare 10 % av fylkets areal har i alt 46 % av folketallet (2008). Hedmarkens betydelige bosetning skyldes både at man her finner fylkets største by, Hamar, og det omfattende jordbruket som i sin tur har gitt støtet til utviklingen av et nett av mindre tettsteder, til dels med en velutviklet industri i stor grad basert på jord- og skogbruket. Østerdalen har til sammenligning 71 % av fylkets areal, men bare 26 % av folkemengden. Den ujevne geografiske fordelingen av befolkning og bosetning i fylket synes å forsterkes over tid. Hedmarken økte således sitt folketall fra 1999 til 2009 med 4,3 %, mot 0,1 % i Østerdalen og -1,2 % i Glåmdalen. Her er det særlig Solørbygdene som har tilbakegang, i perioden 1999-2009 med -6,0 %. I Østerdalen er Elverum og Tynset eneste kommuner med vekst i folketall i et noe lenger tidsperspektiv (mellom 1950 og 2009). I Glåmdalen var det bare Kongsvinger og Åsnes som hadde vekst i folketallet 1950-2009. Til sammenligning hadde alle kommunene på Hedmarken vekst i folkemengden i denne perioden.
Utdanning
Befolkningens utdanningsnivå ligger under landsgjennomsnittet. 38 % av Hedmarks voksne befolkning har grunnskole som høyeste utdanning (landsgjennomsnitt 31 %). 19 % har universitets- eller høyskoleutdanning (landsgjennomsnitt 26 %); dette er den laveste andel med høyere utdanning blant landets fylker.