Население города по данным на 2002 год составляло 2,081 млн жителей. Население Урумчи начало стремительно расти только с конца 1960-х, когда в регионе была развёрнута массовая правительственная кампания по переселению сюда китайцев (ханьцев) из восточных регионов страны с целью интеграции региона в культурную и языковую среду титульного народа КНР, что сильно напоминало советские программы освоения целинных земель Средней Азии и Казахстана.
Учитывая огромный людской потенциал КНР, это программа удалась даже в большей степени, и привела к существенному изменению этнической картины города и региона. Если раньше Урумчи был небольшим уйгурским посёлком, то теперь это настоящий китайский мегаполис.
По результатам переписи 2000 года в современном этническом составе города абсолютно преобладают китайцы – 75,3% (1,567 млн человек), крупнейшим меньшинством в городе являются тюркоязычные уйгуры, однако они составляют всего 12,8% населения города (266 тыс. человек), затем следуют дунгане (8,0% или 166 тыс.), казахи (2,3% или 48 тыс. человек), прочие 1,6% (33 тыс. чел), среди которых есть и ойраты (калмыки); в том числе 2 603 русских (0,13%) и 767 татар (0,04%).
Всё же, этнический состав города нетипичен для СУАР в целом, где уйгуры составляют 45,2%, китайцы 40,6%, казахи 6,7%, дунгане 4,6%, прочие 2,9%.
В религиозном плане среди жителей города большинство - атеисты (в основном китайцы), на втором месте по распространению стоит ислам, исповедуемый уйгурами, дунганами и казахами (всего около четверти населения города).
Существенно изменилась по сравнению с серединой прошлого века и языковая ситуация: в городе абсолютно преобладает китайский язык, без знания которого тюркоязычным уйгурам и казахам трудно продвигаться по служебной лестнице. Именно представители этих национальностей чувствуют себя ущемлёнными в современном СУАР, из-за чего в среде уйгур возникают радикальные исламские течения за свободу СУАР и выход из состава КНР.
Тем не менее, большинство вывесок в городе двуязычны - на китайском и уйгурском языках, выполненные китайскими иероглифами, арабской вязью и зачастую латиницей (пиньинь), особенно на рекламных вывесках. В Урумчи также выходят несколько газет и журналов на калмыцком языке, работают радио- и телепередачи. Среди иностранных языков наибольшее распространение имеют русский и английский.
