В Козельске проживают 16 329 человек, или 45,3 % населения Козельского района (1 января 2021). За постсоветский период численность населения города сократилась на 18 %. Динамика численности населения (по данным переписей; человек, год): 18 245 в 2010, 19 907 в 2002, 19 735 в 1989, 19 789 в 1979, 13 026 в 1970, 12 114 в 1959. Естественный прирост отрицательный; в 2020 г. общий коэффициент рождаемости составил 8,3 ‰, смертности – 16,9 ‰, естественной убыли – 8,6 ‰. До 2015 г. происходил отток населения; с 2016 г. наблюдается положительный миграционный прирост, в отдельные годы компенсирующий естественную убыль.