Al 31 dicembre 2012, la popolazione del Comune (sestrini) ammontava a 18.631 abitanti, di cui 8.786 maschi (47,2%) e 9.845 femmine (52,8%).

Il numero complessivo di famiglie residenti a Sestri Levante era pari a 9.052. Il numero medio di componenti per famiglia era di 2,05. Il 43,1% delle famiglie (3.899) era composta da una sola persona.

A partire dall'anno 2000 la popolazione residente è diminuita di 839 unità, pari al 4,5%. 

Nel 2012 il saldo naturale della popolazione del Comune (differenza fra nati e morti) è stato di -141 individui, risultante da un numero di nascite pari a 130 e da un numero di morti di 271. 

Nel 2012 il saldo migratorio (differenza fra immigrati ed emigrati) della popolazione del Comune è stato di + 9 individui; il saldo è stato negativo per la popolazione maschile (-14) e positivo per quella femminile (+ 23). Complessivamente i nuovi iscritti nell'Anagrafe della Popolazione Residente sono stati 760, i cancellati 751. 

Al 31.12.2012 la popolazione straniera residente nel Comune ammontava a 480 maschi e 602 femmine. Il flusso più consistente di immigrati proveniva dall'Europa (493 unità), seguita da America (345) e Africa (168). Scarsa l'incidenza degli altri continenti. In particolare, tra i paesi africani quello cui corrisponde il più alto tasso di immigrazione è il Marocco (11%), tra gli europei la Romania (15%), tra gli americani l'Ecuador (22%).