بیشتر ساکنان استان، مسلمان و پیرو مذهب شیعهاند. در بعضی مناطق، مذهب اهل سنت و یارسان نیز وجود دارد، در ضمن اقلیتهای مذهبی مانند، مسیحی، یهودی و بهایی نیز، به تعداد بسیار اندکی، ساکن هستند. از عوامل مهم در شکلگیری و تداوم حضور جامعه یهودیان در شهر همدان آرامگاه یا بُقعه اِستِر و مردخای است. این آرامگاه از مهمترین زیارتگاههای یهودیان ایران و جهان بهشمار میرود. از مذاهبی که در قانون اساسی به رسمیت شناخته نشدهاند اما دارای پیروانی در استان همدان میباشند میتوان به یارسان (اهل حق) و بهائیان اشاره نمود.