Berdasarkan data Proyeksi Penduduk Indonesia 2010-2035 yang dilakukan oleh Badan Perencanaan Pembangunan Nasional dan Badan Pusat Statistik pada 2013, jumlah penduduk Jawa Timur mencapai 37,47 juta jiwa, atau tumbuh 8% dari hasil Sensus Penduduk 2000, yakni sebanyak 34,78 juta jiwa. Dalam proyeksi tersebut penduduk provinsi paling timur di Pulau Jawa tersebut akan mencapai 39,89 juta jiwa pada 2020.
Pada 2011, pertumbuhan penduduk Jawa Timur diproyeksikan sebesar 0,73% dan berangsur turun menjadi 0,61% pada 2015. Kemudian pada 2020, pertumbuhan penduduk kembali turun menjadi hanya 0,47%. Meningkatnya pendidikan masyarakat, pelaksanaan program Keluarga Berencana (KB), serta perubahan gaya hidup untuk menunda usia pernikahan dan mengatur jarak kelahiran membuat laju pertumbuhan cenderung turun.
Berdasarkan komposisi jenis kelamin, jumlah penduduk laki-laki di Jawa Timur mencapai 19,69 juta jiwa sementara perempuan 20,19 juta jiwa. Sedangkan berdasarkan komposisi umur, jumlah pneduduk usia 0-14 tahun sebesar 21,9% dari total jumlah penduduk, untuk usia 15-64 tahun sebesar 69,5%, dan usia 65 ke atas sebesar 8,6%.