A lakosság többek között azért is ugrott meg jelentősen, mert a 18. és a 19. században több települést is Berlinhez csatoltak.

Berlin lakossága 1870 után kezdett rohamosan növekedni: 1871-ben 824 580 fő, 1892 elején 1 624 313 fő volt. Az 1920-as években a növekedés felgyorsult, ami nagy mértékben az 1920-as Nagy-Berlin-Törvénynek köszönhető, melynek során több községet Berlinhez csatoltak és a város határai kiterjedtek. A lakosságszám a második világháború kitörése előtt érte el a maximumot, a majdnem 4,5 millió főt. A háború alatt a lakosság száma 3 millió alá zuhant, majd az 1950-es évektől kezdve folyamatosan 3,1 és 3,5 millió fő között ingadozik (lásd ábra). A város lakosainak összetételére jellemző, hogy az újraegyesítés (1990) óta a várost 1,7 millió lakos hagyta el és 1,8 millió új lakos költözött be. 2004-ben például 115 267 ember költözött Berlinbe, köztük 42 063 külföldről. Ugyanebben az évben 113 581 berlini lakos hagyta el a várost, közülük 31 244 költözött külföldre.

Berlin történelme során mindig vonzotta a bevándorlókat, és nyitott volt irányukban. A legelső csoportos bevándorlás a 17. század végén történt Franciaországból, amikor Frigyes Vilmos brandenburgi választófejedelem mintegy 20 000 hugenotta menekült letelepedését engedélyezte. A „réfugiés” (menekültek) azonnal polgárjogot kaptak, szabad vallásgyakorlást biztosítottak számukra és szabadon használhatták a francia nyelvet. A legtöbb hugenotta a Friedrichstadtban telepedett le, a mai Gendarmenmarkt környékén. Első templomuk, a Francia Dóm is a Gendarmenmarkton található és fontos turisztikai látványosság. Habár a hugenották azóta teljes mértékben integrálódtak, a hugenotta, azaz francia kulturális befolyás hatása mindmáig érezhető a város életében. A 19. század második felétől egyre fontosabb a szláv bevándorlás is. A második világháború után egyre több „vendégmunkás” érkezett Nyugat-Berlinbe, többek között Dél-Európából és Törökországból, és szerződéses dolgozó Kelet-Berlinbe Vietnamból. Berlinben található, a világ legnagyobb Törökországon kívüli török közössége, 200 000 fővel. 1990 után újabb bevándorlási hullám jelent meg legfőképpen Oroszországból, ahonnan egykori német kisebbségiek, illetve leszármazottjaik, valamint zsidók telepedhettek le Berlinben.

Berlin a második világháború óta különleges politikai helyzete és a szabad kulturális élete miatt fontos célvárosnak számított és számít ma is Németországon belül. Mivel Nyugat-Berlin nem tartozott a legbiztonságosabb tartományok közé (minden oldalról a fallal volt körülvéve), a bevándorlást a nyugat-német kormány folyamatosan szubvencionálta, többek között azzal, hogy a nyugat-berlini férfiaknak eltörölte a sorkatonai kötelezettséget. Ennek következtében a 60-as, 70-es évektől egyre több alternatív (68-as) fiatal költözött Nyugat-Berlinbe, ahol Európa egyik legszabadabb alternatív szubkultúrája alakult ki.