Huntsvilles befolkningsantall utgjorde 180 105 i henhold til folketelling i 2010. Befolkningen i byens storbyområde («Huntsville Metropolitan Area») var på 417 593. Huntsville er den fjerde største byen i Alabama og den største byen det kombinerte statistiske området Huntsville-Decatur bestående av fem fylker (det mest befolkningsrike området) som i folketellingen av 2013 hadde en beregnet befolkning totalt på 683 871. I 2013 ble Huntsvilles storbyområde den nest største i Alabama med en befolkning på 435 737.