El catolicismo es la religión predominante en el país, aunque la Constitución española define al Estado como aconfesional según reza su artículo 16.3: «Ninguna confesión tendrá carácter estatal». Sin embargo, garantiza la libertad religiosa y de culto de los individuos y asegura relaciones de cooperación entre los poderes públicos y las confesiones religiosas. La Iglesia católica es la única organización religiosa mencionada expresamente en la Constitución, en el mismo artículo 16.3 —«[…] y mantendrán las consiguientes relaciones de cooperación con la Iglesia Católica y las demás confesiones»—. Los estudios sociológicos demuestran un constante proceso de secularización de la sociedad española en las últimas décadas, aunque la Iglesia se mantiene muy presente en distintos sectores de la sociedad, como en el ámbito educativo, donde los colegios católicos, en su mayoría subvencionados por el Estado a través de «conciertos educativos», suponen un 15% de la oferta educativa.
Según el barómetro de opinión del Centro de Investigaciones Sociológicas (CIS) realizado en julio de 2021, el 58,6 % de los españoles se consideran católicos, los no creyentes y agnósticos suponen casi el 22 %, los ateos el 15,1 % y los adscritos a otra religión el 2,4 %. No obstante, el porcentaje de personas religiosas y practicantes es mucho menor. Según el mismo estudio, los católicos que dicen no ir a misa o a otros oficios religiosos «casi nunca» o «nunca» son el 56,8 % de este grupo social, el 19 % dice ir varias veces al año, mientras el 13,4 % dice acudir a oficios religiosos casi todos los domingos y días festivos, el 6,8 % lo hace alguna vez al mes, y un 2,9 % dice acudir varias veces por semana. La población española tiende a ser menos religiosa cuanto más bajo es el rango de edad estudiado –por ejemplo, el 48,9% de los encuestados por el CIS entre las personas de 18 a 24 años se declaraban no religiosas, en contraste con el 9,6% de los encuestados mayores de 65 años, en 2018 –.
En cuanto a miembros la segunda religión en importancia es el Islam, de la cual se calcula que existían 1,9 millones de fieles en 2017, procedentes fundamentalmente de las recientes olas de inmigración del norte de África. Le sigue el protestantismo con aproximadamente 1,5 millones de miembros. Destacan también los testigos de Jehová con más de 191 000 fieles. Por su parte, la comunidad judía en España no supera los 45 000 fieles. La Iglesia de Jesucristo de los Santos de los Últimos Días llegó a España en la década de 1960 y actualmente tiene unos 53 000 seguidores.
En España existe el concepto de «religión de notorio arraigo», un estatus concedido por el Ministerio de Justicia a través de la Dirección General de Asuntos Religiosos tras el informe correspondiente de la Comisión Asesora de Libertad Religiosa. Además del catolicismo, tienen el carácter de religiones de notorio arraigo las siguientes, por orden de acuerdo: protestantismo, judaísmo, islam (todas desde 1992), mormones, testigos de Jehová y budismo, esta última aceptada en 2007 y con unos 85 000 fieles.