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El elemento alba podría derivar de los términos celtas albiga y albiganus. Antiguamente se llamó Albala, palabra que en árabe significaría «la cloaca»; en el siglo XI se llamaba Albalat, que en árabe significa «el camino», y en el XVI, Albarreal o Alcalá del Río. Cuando se le concedió el título de villa en el siglo XVII, se cambió el nombre por Alba Real, que era el título de sus nuevos señores, los condes de Alba Real. De Tajo alude al río. Las explicaciones antiguas no están demostradas.
El territorio muestra evidencias de ocupación humana desde tiempos prehistóricos, con restos de comunidades agrícolas y metalúrgicas de hace unos 5000 años, entre los que destaca un vaso campaniforme del yacimiento de Calaña. Durante la época islámica, en el siglo XI, se construyó la fortaleza de Calaña, conocida como Cueva del Moro, parte de la línea defensiva del valle del Tajo y punto estratégico para controlar el acceso a Toledo.