1853 lebten im Königlich-Preußischen Jadegebiet erst 335 Menschen. Mit dem Ausbau des Hafens wuchs die Bevölkerung bis 1875 auf über 10.000. Bis 1895 verdoppelte sich diese Zahl auf 20.000. Durch die Eingemeindung von Rüstringen (48.562 Einwohner 1933) am 1. April 1937 stieg die Bevölkerungszahl auf 91.000. Im Jahre 1938 überschritt die Einwohnerzahl der Stadt Wilhelmshaven die Grenze von 100.000, womit sie zur Großstadt wurde. 1940 erreichte die Bevölkerungszahl mit 133.041 ihren historischen Höchststand. Infolge der Zerstörungen im Zweiten Weltkrieg sank diese um ein Drittel auf 89.000 im Dezember 1945.
In den 1970er Jahren lag die Einwohnerzahl noch über 100.000. Sie sank dann aufgrund zahlreicher Firmenschließungen, insbesondere des Niedergangs des Olympia-Schreibmaschinenwerkes, und wegen der Verkleinerung des Bundeswehrstandortes stark ab. Am 31. Dezember 2011 betrug die „Amtliche Einwohnerzahl“ von Wilhelmshaven nach Fortschreibung des Niedersächsischen Landesamtes für Statistik 81.020 (nur Hauptwohnsitze und nach Abgleich mit den anderen Landesämtern).
Die folgende Übersicht zeigt die Einwohnerzahlen nach dem jeweiligen Gebietsstand. Dabei handelt es sich um Volkszählungsergebnisse (¹) oder amtliche Fortschreibungen der Stadtverwaltung (bis 1970) und des Statistischen Landesamtes (ab 1971). Die Angaben beziehen sich ab 1871 auf die „Ortsanwesende Bevölkerung“, ab 1925 auf die Wohnbevölkerung und seit 1987 auf die „Bevölkerung am Ort der Hauptwohnung“. Vor 1871 wurde die Einwohnerzahl nach uneinheitlichen Erhebungsverfahren ermittelt.
Am 31. Mai 2013 veröffentlichte der Landesbetrieb für Statistik und Kommunikationstechnologie Niedersachsen das Ergebnis der VolkszählungZensus 2011 für Niedersachsen.[1] Danach hatte Wilhelmshaven zum Stichtag 31. Dezember 2011 76.926 Einwohner. Das ist ein Minus von 5,1 % gegenüber der bisherigen offiziellen Einwohnerzahl 81.020 zum Stichtag 31. Dezember 2011, die auf einer Fortschreibung der Volkszählung von 1987 basiert. Wilhelmshaven war damit nach Osnabrück (−6,4 %) die am stärksten von der Neuberechnung betroffene Stadt in Niedersachsen.[2]