Com a medida, protestantes favoráveis à democracia poderão ser levados à prisão na China.
A proposta de extradição já provocou grandes protestos e aumentou o alarme dentro das comunidades empresariais e jurídicas da cidade, que temem que isso atrapalhe o apelo internacional como centro financeiro da ilha.
Mas o protesto deste domingo foi um dos maiores da cidade nos últimos anos.
A manifestação acontece dias depois de quatro líderes proeminentes do movimento pela democracia de Hong Kong terem sido presos por seu papel na organização de protestos pró-democracia em 2014, que paralisaram partes da cidade durante meses.
Os manifestantes no domingo cantaram "Desça, Carrie Lam!" - referindo-se ao líder pró-Pequim da cidade, enquanto muitos seguravam os guarda-chuvas amarelos que simbolizavam os protestos de 2014.
Fanly Leung, um contador, disse à AFP que foi "doloroso" ver os ativistas presos no início desta semana.
"Eles são professores, pessoas altamente qualificadas que contribuem para a sociedade... Eles poderiam ter uma vida confortável ganhando dinheiro e não sofrer assim. Não é correto prender essas pessoas boas", disse Leung, 61 anos.
"Pelo menos fizemos o que deveríamos fazer e podemos dizer à próxima geração que, embora possamos não conseguir o que queremos, pelo menos temos resistido", disse o estudante universitário à AFP.
A polícia disse que cerca de 22 mil compareceram, a maior estimativa desde os protestos de 2014. Os organizadores ainda não deram suas estimativas, que geralmente são muito mais altas.
Hong Kong tem um sistema legal separado por meio do acordo "um país, dois sistemas" fechado entre a Grã-Bretanha e a China.
Historicamente, a cidade rejeitou as extradições ao continente por causa da opacidade do sistema de justiça criminal da China e seu uso liberal da pena de morte.
Mas no início deste ano o governo de Hong Kong anunciou planos para reformular suas regras de extradição, permitindo a transferência de fugitivos à China continental, Macau e Taiwan em uma "base de casos" pela primeira vez.
"Sociedades que acreditam no estado de direito não chegam a acordos como este com aqueles que não acreditam. Essas mudanças são um assalto aos valores, estabilidade e segurança de Hong Kong."
