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%.

Мъжете са 150 524 (48.3%), а жените 160 876 (51.7%), или през 2020 г. в област Стара Загора на 1 000 мъже се падат 1 069 жени.

Продължава процесът на застаряване на населението. В края на 2020 г. лицата на 65 и повече навършени години са 70 624, или 22.7% от населението на областта. В сравнение с 2019 г. делът на населението в тази възрастова група нараства с 0.1 процентни пункта, а спрямо 2001 г. - с 5.2 процентни пункта.

В регионален аспект делът на лицата на 65 и повече навършени години е най-висок в общините Опан (41.0%), Братя Даскалови (28.8%) и Чирпан (26.0%). Общо в 8 общини този дял е над средния за областта. Най-нисък е делът на възрастното население в общините Николаево (17.6%), Гурково (17.8%) и Стара Загора (20.8%).

Към 31.12.2020 г. децата до 15 години са 46 861, или 15.0% от общия брой на населението на областта, като спрямо 2019 г. този дял е без промяна, а спрямо 2001 г. - намалява с 0.2 процентни пункта.

Относителният дял на населението под 15 години е най-висок в общините Николаево - 25.4%, Гурково – 20.0% и Мъглиж - 17.1% от населението на общината. Общо в 4 общини този дял е под общия за областта, като най-нисък е в община Опан - 6.4%, следвана от община Раднево -12.7%.

Към 31.12.2020 г. общият коефициент на възрастова зависимост в област Стара Загора е 60.6%, или на всяко лице в зависимите възрасти (под 15 и над 65 години) се падат по-малко от две лица в активна възраст. За сравнение през 2001 и 2019 г. този коефициент е бил съответно 48.4 и 60.3%.

Това съотношение е по-благоприятно в градовете - 56.4%, отколкото в селата - 71.1%.

Застаряването на населението води до повишаване на неговата средна възраст, която в област Стара Загора достига 44.3 години в края на 2020 година.

Процесът на застаряване на населението се проявява както в селата, така и в градовете, като в градовете на областта средната възраст на населението е 43.3 години, а в селата - 46.7 години.

Тенденцията на застаряване на населението води до промени и в неговата основна възрастова структура - под, в и над трудоспособна възраст. 

Населението в трудоспособна възраст в област Стара Загора към 31.12.2020 г. е 181 348 души, или 58.2% от населението на областта. Броят на трудоспособното население намалява с 844 души, или с 0.5% през 2020 г. спрямо предходната година.

Към края на 2020 г. над трудоспособна възраст са 80 164 души, или 25.8%, а под трудоспособна възраст - 49 888 души, или 16.0% от населението на областта. 

Към 31.12.2020 г. в градовете живеят 216 888, или 69.6%, а в селата 94 512, или 30.4% от населението на област Стара Загора.

Най-малка по брой на населението е община Опан, в която живеят 2 837 души, или 0.9% от населението на областта, а най-голяма е община Стара Загора – 152 956 души (49.1%).