Η Μήλος είχε πληθυσμό 5.129 άτομα στην απογραφή του 2011, πολύ μικρότερο από το 1907 (17.638, από τα οποία 4.864 σε χωριά και 12.774 εκτός αστικών περιοχών).

Το κύριο λιμάνι της Μήλου είναι ο Αδάμας, με πληθυσμό 1.391 άτομα (2001). Μικρότερο λιμάνι (κυρίως για την συγκοινωνία Μήλου-Κιμώλου) είναι τα Πολλώνια. Η πρωτεύουσα του νησιού είναι η Μήλος (που αποτελείται από δύο οικισμούς:την Πλάκα και τις Πλάκες), η οποία μαζί με τον Τριοβάσαλο, τον Πέρα Τριοβάσαλο και την Τρυπητή βρίσκονται σε ύψωμα, πάνω από τον Αδάμαντα.

Άλλος οικισμός και παλαιά πρωτεύουσα του νησιού είναι η Ζεφυρία. Μικρότεροι αλλά γραφικοί οικισμοί είναι το Κλίμα, τα Μανδράκια και ο μοναδικής ομορφιάς Φυροπόταμος.

Δημοτικά Διαμερίσματα: Μήλου, Αδάμαντος, Πέραν Τριοβασάλου, Τριοβασάλου, Τρυπητής.

O Δήμος Μήλου προήλθε από την συνένωση 5 Κοινοτήτων και περιλαμβάνει σήμερα το σύνολο της έκτασης του νησιού. Οι τέσσερις από αυτές, Πλάκας – Πέρα Τριοβασάλου – Τριοβασάλου και Τρυπητής συνενώθηκαν εθελουσίως το 1986 ενώ η πέμπτη, του Αδάμαντα το 1998.Το Δημοτικό Συμβούλιο αποτελείται από δεκαεφτά μέλη, δέκα εκ των οποίων εκλέγονται από την πλειοψηφία και εφτά από τους συνδιασμούς μειοψηφίας. Το καθένα από τα πέντε Τοπικά Διαμερίσματα, που αντιστοιχούν στις τέως κοινότητες, εκπροσωπείται από πενταμελές συμβούλιο.

Οι οικισμοί της Μήλου που καταγράφονται ως κατοικημένοι (απογραφή 2001) είναι οι (πλήρης κατάλογος): ο Εμπουρειός, η Ξυλοκερατιά, το Ραλάκι, το Φουρκοβούνι, ο Φυροπόταμος, τα Ψαθάδικα, ο Αδάμας, ο Πέραν Τριοβάσαλος, ο Κατσαρώνας, η Κόμια, ο Τριοβάσαλος, οι Άγιοι Ανάργυροι, ο Άγιος Γεράσιμος, τα Πολλώνια, τα Βούδια, τα Μανδράκια, ο Μύτακας, η Πάχαινα, η Φυλακωπή, η Τρυπητή, η Ζεφυρία, η Κάναβα, το Κλήμα, η Σχινωπή, ο Προβατάς, το Παλαιοχώρι.

Χωρίς κατοίκους αναφέρονται τα Γλαρονήσια και τα Θειωρυχεία.

Η αρχαία πόλη της Μήλου βρίσκονται πιο κοντά στην είσοδο του λιμανιού από τον Αδάμα, χτισμένη στην πλαγιά ανάμεσα στα χωριά Τρυπητή και Κλίμα. Εκεί βρίσκεται το αρχαίο ρωμαϊκό θέατρο και ερείπια από τα τείχη και από άλλα κτίσματα. Ένα από αυτά, με ένα σπουδαίο μωσαϊκό ανακαλύφθηκε κατά τις ανασκαφές της Βρετανικής σχολής της Αθήνας το 1896. Πολλά σημαντικά γλυπτά έχουν ανακαλυφθεί σε αυτό το σημείο. Ανάμεσά τους η Αφροδίτη της Μήλου, που βρίσκεται στο Μουσείο του Λούβρου, ο Ασκληπιός, που βρίσκεται στο Βρετανικό Μουσείο και ένας αρχαϊκός Απόλλωνας που βρίσκεται στο Εθνικό Αρχαιολογικό Μουσείο της Αθήνας.