Según la Revisión del Padrón a 1 de enero de 2009, Torrevelilla cuenta con 194 habitantes. Su densidad de población asciende a 5,8 hab/km2. En lo que respecta a la estructura de su población, ésta muestra una tendencia al progresivo envejecimiento, registrando un 40,7% de población mayor de 65 años, en tanto que la edad media ronda los 54 años.

Las actuales cifras de población del municipio de Torrevelilla y su estructura por edades resultan consecuencia de la fuerte pérdida de población que sufrió el conjunto de la provincia a partir de la segunda mitad del siglo XX. De hecho, el máximo de población de Torrevelilla en época contemporánea se alcanzó en 1910, con un total de 890 habitantes, perdiendo desde entonces casi el 79% de su población.

En la actualidad, tanto desde el Ayuntamiento de Torrevelilla como desde la comarca del Bajo Aragón se trabaja activamente para revitalizar la estructura demográfica y socioeconómica de la localidad, participando en los programas de fomento demográfico de la Asociación de Entidades por la Población de Teruel (HABITATE) y de la Asociación Aragonesa de Municipios y Comarcas contra la Despoblación.