Население, проживающее на территории округа, на 1 января 2001 составляет 496,6 тысячи человек. Наиболее густо заселена юго-западная часть: долина реки Обь и её приустьевая часть, где находятся столица округа - город Салехард и город Лабытнанги, а также южная и юго-восточная части региона, где расположены города Ноябрьск, Надым, Новый Уренгой, Муравленко и Губкинский. Это объяснимо: ведь основная масса населения (82,6 процента) проживает в семи городах округа.

Сельское население сконцентрировано, преимущественно, вдоль рек и в прибрежной полосе морских заливов, что обусловлено размещением рыбопромысловых угодий, а также историческим процессом заселения края по водным артериям. Численность сельского населения на 1 января 2001 года составляет 86,2 тысячи человек.

Территория округа разделена на семь районов, где кроме городов окружного подчинения, находятся восемь рабочих посёлков и 103 сельских населённых пункта.

На огромных просторах тундровой зоны полуостровов Ямал, Тазовский и Гыданский плотность населения крайне низкая. Летом в этих местах можно встретить только кочующих оленеводов со стадами, зимой - промышляющих охотников.
Ямало-Ненецкий автономный округ - историческая родина некоторых малочисленных народов Крайнего Севера. Это ненцы, ханты, манси и селькупы. Доля аборигенов в общей численности населения составляет всего 6,7 процентов (33,1 тысячи человек), из них около 14 тысяч человек ведут кочевой образ жизни.
Ненцы составляют основную часть коренных народов Севера в прибрежной зоне Обской, Тазовской и Гыданской губ. В настоящее время они - самый многочисленный из народов самодийской языковой группы. Их численность на территории округа - около 22 тысяч человек. Селькупы составляют вторую группу самодийских народов, проживающих на территории округа, правда, значительно уступающую ненцам по численности. Селькупы традиционно проживают в юго-восточной части округа, в бассейне реки Таз. В приуральской части округа живут ханты и коми, которых здесь значительно больше, чем в других районах.

Округ с полным правом называется многонациональным. За время освоения нефтяных и газовых месторождений на Ямал приехали работать и остались жить представители практически всех национальностей бывшего Советского Союза.