Tên đầu tiên được biết tới của thành phố là Byzantium (tiếng Hy Lạp: Βυζάντιον, Byzántion), bắt nguồn từ tên một vị vua là Byzas, người trị vì thuộc địa mà được thành lập nơi đây từ khoảng 660 năm trước Công nguyên[lower-alpha 1][1]. Sau khi Constantinus Đại đế đặt đế đô phương đông của Đế quốc La Mã ở đây năm 330 Công nguyên, thành phố được biết đến rộng rãi dưới tên Constantinopolis hay Constantinopolis, dạng latin hóa của "Κωνσταντινούπολις" (Kōnstantinoúpolis), nghĩa là "thành phố của Constantinus"[1]. Bản thân vị hoàng đế này đề xướng tên gọi Nea Roma ("Rome Mới"), nhưng không được sử dụng rộng rãi[20]. Tên Constantinopolis tiếp tục là tên gọi phổ biến nhất của thành phố ở phương Tây cho đến khi Cộng hòa Thổ Nhĩ Kỳ ra đời, và từ tương ứng trong tiếng Thổ Ottoman, Kostantiniyye ([قسطنطينيه] lỗi: {{lang}}: mã ngôn ngữ không rõ: osm (trợ giúp)) là tên chính mà người Ottoman sử dụng trong thời cai trị của mình. Tuy nhiên, hiện nay người Thổ Nhĩ Kỳ coi việc dùng từ Constantinopolis để nhắc tới thành phố trong thời kỳ Ottoman (từ giữa thế kỷ XV) là sai về mặt chính trị, nếu không nói là sai về mặt lịch sử[21].

Tới thế kỷ XIX, người ngoại quốc và người Thổ Nhĩ Kỳ gọi thành phố này bằng nhiều tên khác nhau. Người châu Âu dùng từ Constantinopolis để nói tới toàn thành phố, nhưng dùng tên Stamboul - và người Thổ Nhĩ Kỳ cũng làm vậy - để mô tả vùng bán đảo có tường thành bao bọc giữa Sừng Vàng và biển Marmara[21]. Pera (từ tiếng Hy Lạp, nghĩa là "bắc ngang qua") dùng để miêu tả khu vực giữa Sừng Vàng và biển Bosphorus, nhưng người Thổ Nhĩ Kỳ lại gọi khu vực này bằng tên Beyoğlu cho tới tận ngày nay[22]. Islambol (nghĩa là "thành phố Hồi giáo" hay "toàn Hồi giáo") đôi khi được dùng một cách thông tục để chỉ thành phố, và thậm chí được khắc trên một số đồng xu Ottoman[23] nhưng niềm tin rằng nó là tiền thân của tên hiện tại, Istanbul bị chứng tỏ là sai bởi trên thực tế, tên Istanbul đã tồn tại trước tên kia và thậm chí trước cả khi người Ottoman và Hồi giáo xâm lược thành phố[1].

Về mặt từ nguyên, tên İstanbul (isˈtanbuɫ, hay trong cách nói thông dụng là ɯsˈtambuɫ) bắt nguồn từ cụm từ tiếng Hy Lạp Trung Cổ "εἰς τὴν Πόλιν" (is tin ˈpolin), có nghĩa là "trong thành phố" hoặc "tới thành phố". Điều này phản ánh vị thế của nó như là thành phố lớn duy nhất trong vùng xung quanh, giống như cách mà người ta ngày nay vẫn thường gọi trung tâm đô thị ở gần họ là "Thành phố" (mà không cần nhắc tới tên). Một quan điểm khác là tên này nảy sinh trực tiếp từ tên Constantinopolis với các âm tiết đầu và âm tiết thứ ba bị lược bớt đi[1]. Trong tiếng Thổ Nhĩ Kỳ hiện đại, tên này được viết là İstanbul, có một chữ İ chấm trên, do bảng chữ cái Thổ Nhĩ Kỳ phân biệt chữ I có chấm và không chấm. Ngoài ra, nếu trong một số ngôn ngữ châu Âu khác như tiếng Anh trọng âm rơi vào âm tiết đầu (Is), thì trong tiếng Thổ Nhĩ Kỳ nó nằm ở âm tiết thứ nhì (tan)[24]. Năm 1930, nhà nước Thổ Nhĩ Kỳ đã quy định İstanbul là tên gọi duy nhất của thành phố[25][26]. Một người từ thành phố này trong tiếng Thổ Nhĩ Kỳ gọi là İstanbullu (số nhiều: İstanbullular), còn trong tiếng Anh là Istanbulite[27].