В начале XIX века, накануне войны 1812 года, в Москве 92 % были православными, а 8 % приверженцами других религий. В 1871 и 1882 годах религиозный состав Москвы выглядел следующим образом: православные и единоверцы — 92,84 и 91,71 %, протестанты — 2,05 и 2,28 %, раскольники — 2,72 и 2,21 %, иудеи — 0,88 и 2,00 %, католики — 1,24 и 1,23 %, магометане — 0,17 и 0,26 %, армяне-григорианцы — 0,10 и 0,12 %, остальные — 0,02 %, не обозначены 0,17 %.
С 1989 по 1994 год увеличилась доля русских с 89,7 до 90,5 %, доля татар увеличилась с 1,8 до 1,9 %, армян с 0,5 до 0,7 %, но уменьшилась доля украинцев с 2,8 до 2,4 %, белорусов — с 0,8 до 0,7 % и евреев с 2 до 1,5 %. После распада СССР резко выросли размеры нелегальной миграции, поэтому получить достоверные данные об этноконфессиональном составе москвичей очень трудно. Например, по оценкам экспертов МВД в 2002 году в 9-миллионной тогда столице было от 0,9 до 3 миллионов нелегальных мигрантов. По мнению экспертов численность некоторых этнических групп изменилась в несколько, а в некоторых случаях в десятки раз. Речь идёт о закавказских (армянах, азербайджанцах, грузинах), центральноазиатских (таджиках, таджикских цыганах — люли, афганцах), южноазиатских (китайцах, корейцах) этнических группах, строительных рабочих из Молдовы и с Украины, а также жителях республик Северного Кавказа (особенно чеченцах и дагестанцах). В отличие от Запада, в Москве нет ярко выраженных районов этнического расселения, хотя по мнению столичной прессы на юго-западе Москвы преимущественно селятся армяне, в Измайлове — азербайджанцы, в Марьиной Роще — грузины, в Очакове и в районе метро «Автозаводская» — китайцы, в районах метро «Савёловская», «Домодедовская», «Планерная» — выходцы из Юго-Восточной Азии, в ближайшем Подмосковье в дачных посёлках — таджики, а таджикские цыгане (люли) ставят таборы вокруг Московской кольцевой автодороги.
С 1989 по 2002 год этнический состав Москвы изменился следующим образом: доля русских снизилась с 89,7 % в 1989 до 84,8 % в 2002 году, украинцев — с 2,8 % до 2,4 %, татар — с 1, 8 % до 1,6 %, евреев — с 2,0 % до 0,8 %, но одновременно увеличилась доля армян — с 0,5 % до 1,2 %, азербайджанцев — с 0,2 % до 0,9 %, грузин — с 0,2 % до 0,5 %.
Национальный состав населения Москвы, согласно переписи населения 2010 года, распределён следующим образом: русские — 9 930 410 (91,65 %), украинцы — 154 104 (1,42 %), татары — 149 043 (1,38 %), армяне — 106 466 (0,98 %), азербайджанцы — 57 123 (0,53 %), евреи — 53 142 (0,49 %), белорусы — 39 225 (0,36 %), грузины — 38 934 (0,36 %), узбеки — 35 595 (0,33 %), таджики — 27 280 (0,25 %), молдаване — 21 699 (0,20 %), киргизы — 18 736 (0,17 %), мордва — 17 095 (0,16 %), чеченцы — 14 524 (0,13 %), чуваши — 14 313 (0,13 %), осетины — 11 311 (0,10 %), лица, не указавшие национальность — 668 409 (5,81 %).
Процент русских в Москве превышает средний показатель по России (80 %), доли армян и евреев также более высоки по сравнению со среднероссийскими (0,78 % и 0,16 % соответственно). Доля русских возросла с момента переписи 1989 года, когда они составляли 89,7 %.