La población de la ciudad, junto con la que se encuentra en el área metropolitana, conocida como Zona Metropolitana del Valle de México (ZMVM), suma más de 21 millones de habitantes. De acuerdo con un informe de la ONU publicado en el 2018, se trata de la quinta conglomeración urbana más grande en el mundo y la más grande en América, así como la ciudad más grande con hispanohablantes en el mundo.
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Se ha estimado que, para el 2050, México tendrá 144.9 millones de habitantes en la zona urbana, lo que equivale a 88.2% del total de la población en el país, en comparación con los 19.3 millones de habitantes en las zonas rurales. La ONU señaló que, hacia el 2020, 68% del total de la población mundial viviría en áreas urbanas; por lo tanto, el desarrollo sustentable dependería cada vez más de cuán exitoso fuera el crecimiento de las ciudades, especialmente en países de bajos y medianos ingresos.