К 1910 г. население войска достигло почти 600 000 человек – больше, чем в Амурском, Астраханском, Енисейском, Семиреченском, Сибирском, Уральском и Уссурийском казачьих войсках, вместе взятых. По численности населения войско уступало лишь Донскому и Кубанскому, а по площади занимаемой территории – Донскому и Забайкальскому войскам. В 1914 г. плотность населения на территории войска составляла 8,8 человека на квадратную версту88. Для сравнения: в губерниях Европейской России, по данным на 1913 г., средняя плотность населения составляла 30 человек на квадратную версту. В войсковых пределах находилось шесть городов: Оренбург (губернский), Орск, Верхнеуральск, Троицк, Челябинск (уездные), Илецкая Защита (заштатный). Однако эти города, несмотря на нахождение в некоторых из них войсковых административных зданий, не принадлежали войску. К 1914 г. в войске было 58 станиц (25 в 1-м военном отделе, 17 – во 2-м и 16 – в 3-м), 441 поселок, 65 выселков и 553 хутора, причем некоторые станицы по числу жителей были крупнее многих городов того времени. Крупнейшей по численности населения являлась станица Челябинская (25 960 жителей)89. За сорок лет, с 1871-го по 1912 г., население войска возросло примерно в 2,3 раза, причем собственно казачье население только в 2 раза90.
На увеличении численности казачества негативно сказалась предпринятая в ходе Русско-японской войны и первой русской революции мобилизация всего войска. В итоге в период 1904–1907 гг. прирост населения неуклонно падал с 5,3 % в 1904 г. до 5 % в 1906 г., и лишь в 1907 г., после демобилизации, этот показатель резко пошел вверх, составив 5,9 %91. Общая численность неказачьего населения в войске в начале ХХ в. была относительно невелика и составляла 18,1 % (данные на 1912 г.; для сравнения: в Донском казачьем войске в 1912 г. иногородние составляли 57,2 % населения, в Кубанском в 1917 г. – 58 %). При этом процент иногородних значительно различался по станицам. Например, в станице Оренбургской их численность достигала 51 %, а в станице Степной лишь 3 %. В поселках наблюдалась та же картина: в поселке Кочкарском станицы Кособродской 69 % иногородних, в поселках Павловском станицы Павловской и Гирьяльском станицы Гирьяльской – 2 % иногородних. Наибольшее количество иногородних проживало в 3-м (Троицком) военном отделе.
В этническом отношении казачье население не было единым: по данным 1902 г., доминировало русское население (87,6 %), остальные этносы (мордва, башкиры, калмыки), за исключением татар (6,6 %) и крещеных татар – нагайбаков (2,9 %), были представлены