Au 1er janvier 2010, la Haute-Saône compte 244 674 habitants. Elle se place ainsi au 78e rang des départements métropolitains. Avec 44 habitants au kilomètre carré, sa densité est deux fois et demie plus faible que la moyenne française (113 habitants / km2) et une fois et demi plus faible que celle de la Franche-Comté (71 habitants / km2).
La Haute-Saône est un département rural qui se caractérise par un fort émiettement communal (95 % des communes contre 86 % au niveau national, sont rurales). Le département ne compte que trente communes dites urbaines sur un total de 545.
Les principales villes sont :
| Vesoul |
17 226 habitants |
| Héricourt |
10 678 habitants |
| Lure |
8 524 habitants |
| Luxeuil les Bains |
7 968 habitants |
| Gray |
6 578 habitants |
| Fougerolles |
4 039 habitants |
| Saint-Loup sur Semouse |
3 837 habitants |
| Champagney |
3 654 habitants |
| Port sur Saône |
3 023 habitants |
| Ronchamp |
2 936 habitants |
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