Ensimmäisiä väestölaskentoja tehtiin jo tuhansia vuosia sitten Babyloniassa. Maailman vanhin väestölaskenta, josta saadut tiedot ovat säilyneet, suoritettiin Kiinassa Han-dynastian aikana vuonna 2 jaa. Sen tuloksia tutkijat pitävät melko luotettavina. Varhaisissa laskennoissa huomioitiin ihmisten lisäksi usein myös vilja ja karja, sillä ravinnonsaanti heikkeni kasvavan väestön myötä.
Rooman valtakunnan (27 eaa.–476 jaa.) hallinnossa määräaikaisilla väestölaskennoilla eli censuksilla oli tärkeä merkitys. Ne suoritettiin verojen määräämistä varten, yleensä joka viides vuosi. Tuloksena saatiin kansalaisista ja heidän omaisuudestaan luettelo, jonka perusteella heidän oikeutensa ja velvollisuutensa määräytyivät. Latinankielinen väestölaskennan nimitys census on myös omaksuttu useisiin muihin kieliin kuten englantiin.
Raamatussa on useita väestölaskentaan liittyviä kertomuksia, joista tunnetuin viite liittyy Uuden testamentin Luukkaan evankeliumiin. Sen mukaan Jeesus syntyi hetkellä, jolloin Rooman keisari Augustuksen (63 eaa.–14 jaa.) määräämää väestölaskentaa ja verollepanoa oltiin toteuttamassa, ja jota varten Maria ja Josef joutuivat matkustamaan Galilean Nasaretista sukujuurilleen Betlehemiin.
Kuuluisin historiallinen väestölaskenta Euroopassa on Vilhelm Valloittajan vuonna 1086 toteuttama laskenta. Sen tuloksena julkaistiin Domesday Book (englanniksi), joka on Englannin vanhin maakirja eli rekisteri henkilöistä ja alueista 1000-luvulla. Englannin kansallisarkisto julkaisi kirjan internetissä vuonna 2006.
Keskiajalla Euroopassa yleistyivät kirkon pitämät luettelot kastetuista ja haudatuista. Näistä luetteloista oli kiinnostunut myös varakas lontoolainen kangaskauppias John Graunt (1620–1674). Vuonna 1662 Graunt julkaisi tutkimuksensa, josta alkoi systemaattinen, yhtäjaksoinen tutkimusperinne, jota myöhemmin on alettu kutsua väestötieteeksi eli demografiaksi. Teoksen nimi viittaa siihen, että hänellä saattoi olla aineksia myös monen muunkin tieteenalan isäksi:
Grauntin tutkimusten perusaineistona olivat seurakuntien kuolleiden luettelot, Bills of Mortality. Näistä luetteloista ilmeni muun muassa kuolinsyy, joka kulkutautien vaivaamana aikana oli arvokas tieto.
John Grauntin merkittävin työ oli laskea kuolleiden luetteloista kahdelta aikakaudelta niin sanotut kuolleisuustaulukot – nykyisten elinajantaulukkojen (kuolleisuus- ja eloonjäämistaulut) edeltäjät.
Tietämättä todennäköisyyslaskennasta mitään hän yksinkertaisesti laski, kuinka moni jokaisesta sadasta syntyneestä lapsesta oli vielä elossa. Graunt päätyi muun muassa toteamukseen, että kuuden vuoden iässä lapsista oli elossa 64, mutta 76 vuoden iässä vain yksi. Nämä laskelmat olivat perustana kuolleisuuslukujen laskemiselle ja loivat muun muassa pohjan nykyisten henkivakuutus- ja eläkevakuutuslaskelmien teoreettiselle taustalle.
John Graunt havaitsi, että Lontoossa 13 syntynyttä kohti kuoli 14 henkilöä, mutta vastaava suhde maaseudulla oli toisin päin. Kun Lontoon väkiluku kuitenkin kasvoi, hän päätteli sen johtuvan maaltamuutosta – päätelmä osui oikeaan. Lisäksi Graunt havaitsi, että poikia syntyy enemmän kuin tyttöjä.
Väestöntutkimuksen alkuajat olivat pitkälti kuolevuuden tutkimusta. Se on ymmärrettävää, koska tuon ajan ihmisille kuolema oli jokapäiväinen ilmiö. Vastasyntyneiden lasten kuolevuus oli korkea ja kulkutaudit verottivat usein väestöä. Kuolleiden luettelot saivat ihmiset kiinnostumaan yhä enemmän tämän ilmiön tutkimisesta.
Samaan aikaan kun John Graunt tutki kuolleiden luetteloita, hänen kollegansa päätyivät tutkimaan samaa materiaalia. Yksi näistä henkilöistä oli William Petty (1623–1687), joka oli John Grauntin neuvonantaja lääketieteellisissä asioissa. On väitetty, että osa Grauntin tutkimuksista onkin Pettyn kirjoittamia.
William Petty tutki muun muassa eri kaupunkien – kuten Lontoon, Pariisin ja Rooman – väestömääriä ja oivalsi, että tulevaisuuden väestönkehitystä voidaan ennustaa menneen kehityksen perusteella eli "...jos nykyinen trendi jatkuu, niin...". Noista ajoista lähtien onkin väestöennusteiden luotettavuutta yritetty parantaa eri tavoin.
Edmund Halley (1656–1742) tuli kuuluisaksi löytämällä pyrstötähden, joka nykyisin kantaa hänen nimeään. Monien ansiokkaiden tähtitieteellisten ja maantieteellisten havaintojen ja laskelmien lisäksi hän tutki kuolleiden luetteloita Bleslaussa (nykyisin puolalainen kaupunki Wroclaw). Nämä luettelot olivat täydellisempiä kuin Lontoossa vastaavana aikana käytössä olleet, sillä niihin oli merkitty myös kuolleen ikä ja sukupuoli. Halley laskikin tästä aineistosta elinajanodotteen ensimmäistä kertaa käyttäen apunaan ikäryhmittäisiä kuolevuuslukuja. Tuolloin vastasyntyneen elinajanodotteeksi tuli vain 30 vuotta.
1700-luvulla kiinnostus väestötietoja kohtaan kasvoi. Preussilainen pappi Johann Peter Süssmilch (1707–1767) julkaisi vuonna 1741 kirjan "Jumalainen järjestys", jossa hän osoitti säännönmukaisuuksia eri väestötapahtumissa tutkiessaan eri vuosien väestörakennetta sekä syntyvyys- ja kuolevuuslukuja.
Süssmilchin ajatukset vaikuttivat paljon Ruotsissa, missä väestötilastotietoja alettiin säännöllisesti kerätä vuodesta 1749 alkaen. Suomi oli tuolloin osa Ruotsia. Tiedot kerättiin kirkon ylläpitämistä luetteloista. Myös muualla Euroopassa alettiin kiinnostua muustakin kuin kuolleiden luetteloiden tutkimisesta.
Vuonna 1798 englantilainen pappi Thomas Malthus (1766–1834) julkaisi teoksen henkilöille, jotka suhtautuivat optimistisesti yhteiskunnan tulevaan kehitykseen. Malthus näki tulevaisuudessa kuitenkin uhkakuvia:
Kuuluisin Malthusin esittämistä väitteistä oli, että väestö kasvaa geometrisesti (1, 2, 4, 8, 16, 32, ...), mutta ravinnon tuotanto vain aritmeettisesti (1, 2, 3, 4, 5, ...). Näin joka vuosi on jaettavana yhä vähemmän ravintoa henkilöä kohti.
Malthus vastusti köyhäinhoitolakia – tuon ajan toimeentulotukea. Kun väestö kasvaa hallitsemattomasti ja vanhemmat eivät pysty elättämään lapsiaan, niin "Luonnon suuressa juhlassa ei ole hänellä vapaata sijaa. Luonto käskee hänen mennä ja panee käskynsä nopeasti täytäntöön...". Tuon lausuman jälkeen ei ole maailmasta puuttunut henkilöitä, joiden mielestä köyhyys on jokaisen omaa syytä.
1800-luvulla tutkijat alkoivat olla yhä enemmän kiinnostuneita väestöllisten ilmiöiden tarkastelusta. Saksalainen matemaatikko ja taloustieteilijä Wilhelm Lexis (1837–1914) kehitti kaksiulotteisen mallin, joka auttaa väestöilmiöiden ajallista tarkastelua. Lexis-kuvio helpottaa iän karttumisen ja vuosien kulumisen seurantaa.
Aivan kuten 1700-luvun lopulla Thomas Malthus julkaisi olettamuksensa väestönkasvun kiihtymisestä ja oletti kasvun jatkuvan geometrisesti, vuonna 1825 englantilainen matemaatikko Benjamin Gompertz (1779–1865) havaitsi, että samalla geometrisella kasvulla voidaan kuvata myös kuolevuutta.
Todennäköisyys kuolla on korkea juuri syntymähetken jälkeen. Tämän jälkeen todennäköisyys kuolla on alhainen aina noin 15 ikävuoteen saakka, mutta alkaa sen jälkeen jälleen kasvaa. Kasvu jatkuu kiihtyvänä ja kaksinkertaistuu joka seitsemäs ikävuosi. Tätä tilastollista laskelmaa kutsutaan Gompertzin kuolevuuden laiksi. Tosin nykyisin tuo kaksinkertaistuminen joka seitsemäs vuosi ei enää pidä paikkaansa.
Aluksi syntyvyyden ja kuolevuuden tarkastelu perustui yksinkertaisiin laskelmiin, joissa syntyneiden ja kuolleiden määrä suhteutettiin koko väestöön. Tulokseksi saatiin suhdeluku, joka kuvasi ilmiön esiintymistodennäköisyyttä. Se voitiin ilmaista esimerkiksi prosenttilukuna.
Varsinaisen sysäyksen väestöilmiöiden matemaattiselle esittämiselle loi amerikkalainen biologi ja tilastotieteilijä Alfred Lotka (1880–1949). Hän tarkasteli syntyvyyden ja kuolevuuden sekä väestön ikärakenteen välistä suhdetta. Hän todisti, että Yhdysvalloissa väestönkasvu on saatu keinotekoisesti aikaan ottamalla siirtolaisia. Näin ollen väestön luonnollinen kasvu ei enää takaa väkiluvun kasvua (jo 1920-luvulla), vaan tulevaisuudessa väestömäärä alkaa vähentyä, jos maahan ei oteta siirtolaisia. Alfred Lotka perusti näkemyksensä sille tosiasialle, että muuttajat ovat nuoria perheenperustajia, jotka lisäävät alueen väestönkasvua.