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El nombre de Castro-Urdiales está compuesto por dos palabras. La primera no genera dudas, porque viene del latín castrum, «castillo», y de ella procede también el nombre montañés Castru.
La palabra Urdiales plantea más dudas. Se ha propuesto la hipótesis de hordeales, es decir, «lugar de cebada» (hordeum, en latín). Valeriano Yarza considera más seguro que venga de Fortunalis, un nombre de persona al que se añadiría el sufijo -icus, con la evolución Fortunalici, Ortualiz, Urdualiz, Urdialis y Urdiales, y que significaría «el castillo de Fortunalis». Tendría el mismo significado que Urdúliz, en Vizcaya.
Durante un tiempo se propuso también un origen vasco, con formas como Urdialaitz o Urdializ, pero la Real Academia de la Lengua Vasca no defiende ninguna de esas propuestas y recomienda usar Castro Urdiales como exónimo.
Las pinturas rupestres encontradas en varias cuevas, como la de la Peña del Cuco, la de Urdiales, la de La Lastrilla y la de La Dársena, demuestran que la zona estaba poblada en la prehistoria. También se han encontrado castros prerromanos en la peña de Santullán, Cotolino, el monte Cueto y la punta del Rebanal.