L'ensemble de la période allant de l'indépendance du Grand-Duché en 1839 jusqu'aux années 1890 est marquée par une croissance démographique relativement lente liée à une croissance économique hésitante et des conditions de vie qui restent précaires.

À partir de la fin des années 1890, les capitaux allemands (le Luxembourg fait partie du Zollverein à partir de 1842) investissent massivement dans la sidérurgie (Differdange, Belval etc.) contribuant ainsi à l'expansion économique qui va de pair avec une croissance importante de la population dont le nombre passe de 210.000 en 1890 à 260.000 en 1910. Un pays d'émigration commence à devenir un pays d'immigration, même si beaucoup de résidents du Luxembourg continuent à partir à l'étranger.

En 1930, la crise économique mondiale, qui a débuté en 1929 par le krach de Wall Street, commence à avoir un impact au Luxembourg. Le chômage augmente, la production sidérurgique diminue, les comptes publics sont sous tension. La population diminue de 1930 à 1935 (quelque 300 personnes en moins), puis rebondit dans des proportions modestes dans la deuxième moitié des années 1930 avant de replonger suite à l'éclatement de la deuxième guerre mondiale.

À partir des années 1980, le Luxembourg entre dans un cycle de croissance effrénée basée sur le secteur bancaire et financier qui a vu se développer en parallèle un secteur des services aux entreprises très varié (du nettoyage aux sociétés de consultance, ...) très gourmand en main-d'œuvre à la fois qualifiée et non-qualifiée. A cette demande de main-d'œuvre, ce n'est que la main-d'œuvre immigrée qui a pu y répondre.

La mortalité augmente fortement suite à l'épidémie de choléra qui sévit en 1866 et cette croissance des décès n'est pas compensée par la natalité. Comme en même temps les gens partent à l'étranger, le Luxembourg perd des habitants à cette époque. En 1866 la population recule de 3.500 habitants. En 1867, la perte d'habitants est similaire, mais c'est l'émigration seule qui en est responsable.

Après 1866, les années 1917-1918 sont la deuxième période au cours de laquelle la variation naturelle de la population est négative. Cela résulte à la fois de l'augmentation de la mortalité et d'une diminution des naissances. Le solde naturel passe de +2.600 en 1913 à -1.200 en 1918.

La baisse de la natalité pendant les années de la Première guerre mondiale résulte évidemment des conditions de vie précaires de la guerre (difficultés de ravitaillement, par exemple). Mais est tout autant structurelle que conjoncturelle. En d'autres mots, depuis la fin du 19ème siècle le nombre d'enfants par femme (la fécondité) diminue et la remontée - passagère - du solde naturel dans les années 1920 ne doit pas cacher ce phénomène qui se manifeste clairement dans les années 1930.

La Deuxième Guerre mondiale a des répercussions importantes dans le domaine démographique.
La mortalité augmente (victimes directes de la guerre, conditions de subsistance difficiles), la natalité diminue. Entre 1935 et 1947, la population résidente passe de 297 000 à 291 000.

Pays pauvre au 19ème siècle (jusque dans les années 1890), le Luxembourg connaît structurellement des soldes migratoires négatifs, c'est-à-dire des excès des départs sur les arrivées comme la plupart des pays européens.
Au milieu du 19ème siècle, l'économie luxembourgeoise est encore une économie de subsistance et les variations de production agraire ont des répercussions directes et parfois douloureuses sur les conditions de vie des habitants qui partent nombreux à certaines périodes.

A partir des années 1890 jusqu'après la deuxième guerre mondiale, les périodes de solde migratoire positif, resp. négatif, se suivent. Les pics positifs du solde migratoire (excès des arrivées sur les départs) reflètent les périodes de croissance économique substantielle au Luxembourg et les pics négatifs (excès des départs) sont liés aux guerres, resp., aux crises ou ralentissements économiques.

À partir des années 1960, le Luxembourg devient largement un pays d'immigration avec, en règle générale, un solde migratoire positif important à l'exception des années de crise économique 1975-1985. L'immigration était d'abord allemande au 19ème siècle (sidérurgie et mines), puis italienne dès les années 1890. A partir de la fin des années 1960, ce sont les Portugais qui deviennent la composante la plus importante de l'immigration. Ils arrivent souvent avec leurs familles et travaillent dans la construction.

Entre 1840 et 1914 un nombre important de Luxembourgeois quittent leur pays vers les pays voisins (essentiellement la France et en moindre mesure la Belgique) mais également vers l'Outre-Mer. Les Etats-Unis exercent une forte attraction mais il y également des Luxembourgeois qui partent pour l'Amérique du Sud ou les colonies européennes notamment au Congo. Les pics des départs (soldes migratoires très négatifs) se situent au milieu des années 1850 (caractérisées par des récoltes insuffisantes) et dans les années 1866-1867 (conséquence de la crise sanitaire que constitue l'épidémie du choléra).

Les années 1880 sont plutôt une période d'expansion économique due notamment au développement de la sidérurgie qui profite de l'invention du procédé Thomas-Gilchrist permettant la transformation de la fonte phosphoreuse, produite à partir de la minette luxembourgeoise, en acier de bonne qualité. L'émigration continue cependant à atteindre un niveau important, ce qui explique un solde migratoire négatif. C'est le signe que les mouvements migratoires ne résultent pas seulement de l'évolution économique au Grand-Duché, mais également de l'attrait d'autres pays.

Puis les Italiens, souvent des ouvriers mobiles (célibataires ou non-accompagnés par leurs familles), prennent le relais. La part de la population étrangère dans la population résidente est passée de 3% en 1871 à plus de 15% en 1910. En 1910, on compte 39 723 étrangers au total au Luxembourg, dont 24 134 hommes et 15 589 femmes. En d’autres mots, parmi les étrangers, il y a à ce moment-là 55% hommes de plus que de femmes. Pour les Luxembourgeois, au contraire, les proportions des hommes et des femmes sont proches (moitié d’hommes, autour de 110 000, et moitié de femmes, également quelque 110 000).

Avec le début de la guerre, de nombreux ouvriers étrangers quittent le pays. Vers les années 1917-1919, cette tendance se retourne (mais de façon modeste) et il y a de nouveau plus d'arrivées que de départs. A la suite du traité de Versailles, le Luxembourg quitte le Zollverein et doit se réorienter économiquement (le traité de l'UEBL est signé en 1921). Les capitaux allemands quittent le Luxembourg et sont remplacés par des capitaux belges et français.
Les difficultés économiques et les tensions sociales qui les accompagnent pendant les années 1920-1921 se reflètent dans une nouvelle poussée de l'émigration. Ce sont d'ailleurs souvent les travailleurs étrangers qui (re) partent et jouent le rôle de « soupape de sécurité » permettant notamment de maintenir le chômage à des niveaux assez faibles au Grand-Duché. La même chose se reproduit d'ailleurs à la suite de la crise mondiale de 1929.

Au cours des années 1922-1929, la sidérurgie connaît une évolution favorable. Les entreprises luxembourgeoise créent de l'emploi et engagent de nouveau beaucoup de travailleurs venant de l'étranger. Leur nombre d'étrangers passe de 33. 000 en 1922 (13% de la population)à 56.000 en 1930 (près de 20% de la population). Les Italiens sont désormais majoritaires.