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El topónimo está formado por dos palabras distintas: «Seu» (de «sedes», «sede», de origen latino) y «Urgell», de origen prerromano. Joan Coromines interpreta que el significado de «Urgell» se relaciona con la presencia de agua, algo verosímil dado el origen específicamente pirenaico del topónimo: derivaría de una base primitiva de raíz vasca, «Urtx» (Urtx + ellu = Urgell; Urgell + ittu = Urgellet).
Algunos estudios sitúan el poblado ibérico de Arse-Durgui sobre la colina de Castellciutat, entonces llamada Puiolo Urgelli. Donde estuvo ese poblado se construyó la «civitas Orgellia», y de ahí viene el nombre de Castellciutat, que hasta el siglo XVIII se conocía simplemente como «Ciutat» y después recibió el añadido «Castell», por la existencia de un castillo, antigua residencia de los condes de Urgell. Poco después de la destrucción de la antigua Orgellia se creó un nuevo barrio, sede del obispado de Urgell, llamado «vicus Sedes Urgelli» («vicus» es «barrio»; «sedes», la cátedra o sede de un obispo). Con el tiempo Sedes Urgelli ganó importancia y perdió la palabra «vicus», mientras que la «civitas Orgellia» perdió «Orgellia» y se llamó simplemente «Civitas», «ciudad», hasta el siglo XVIII. Según Juan Antonio de Estrada, la ciudad de Urgell se llamaba comúnmente «la Seu d'Urgell» por el dominio y las grandes preeminencias de su Santa Iglesia. En español se escribe Seo de Urgel.
Las excavaciones van dibujando el momento de transición entre el mundo antiguo y la Edad Media: se han descubierto una necrópolis paleocristiana donde hoy está el claustro de la catedral, grandes muros que podrían haber formado parte del primitivo centro urbano y un altar de tradición paleocristiana que posiblemente presidiera la catedral. Según Plinio el Viejo y Estrabón, la primitiva ciudad romana Orgellia, antes ocupada por el poblado prehistórico de Arse-Durgui, estaba en la colina de Castellciutat, lugar estratégico que dominaba un camino de paso obligado.