Demografia thumb|left|Mapa gęstości zaludnienia Spis ludności z roku 2020 stwierdza, że stan Illinois liczy 12 812 508 mieszkańców, co oznacza spadek o 18 124 (-0,1%) w porównaniu z poprzednim spisem z roku 2010, oraz wzrost o 393 215 (3,2%) w porównaniu ze spisem z roku 2000. Dzieci poniżej piątego roku życia stanowią 5,9% populacji, 22,2% mieszkańców nie ukończyło jeszcze osiemnastego roku życia, a 16,1% to osoby mające 65 i więcej lat. 50,9% ludności stanu stanowią kobiety.
W latach 2020–2023 populacja skurczyła się o 264 tysiące. 2,1% spadku populacji Illinois od 2020 r. jest drugim co do wielkości po Nowym Jorku, który odnotował spadek o 3,1%. Według sondaży głównym powodem opuszczania stanu przez mieszkańców są wysokie podatki. Duża część straty populacji zostaje zrekompensowana przez napływ imigrantów spoza USA. W latach 2022–2023 Chicago m.in. przyjęło 19 tys. migrantów z Wenezueli i ponad 30 tys. uchodźców z Ukrainy.
Język W 2010 roku najpowszechniej używanymi językami są: język angielski – 78,26%, język hiszpański – 12,74%, język polski – 1,64%.