ชื่อเมือง "บาร์เซโลนา" มาจากคำว่า "บาร์เคโน" (Barkeno) ภาษาพื้นเมืองไอบีเรียนโบราณ ซึ่งพิสูจน์มาจากเหรียญโบราณ โดยด้านขวาของเหรียญเขียนว่า [13] ซึ่งเป็นอักษรไอบีเรีย Βαρκινών และ Barkinṓn ในภาษากรีกโบราณ[14][15] และ Barcino[16], Barcilonum[17] และ Barcenona.[18][19][20] ในภาษาละติน

บางแหล่งข้อมูลที่เก่ากว่าได้สันนิษฐานว่าเมืองมีชื่อตาม ฮามิลคาร์ บาร์คา ผู้ว่าการเมืองคาร์เธจ ซึ่งคาดว่าได้ก่อตั้งเมืองขึ้นในยุคศตวรรษที่ 3 ก่อนคริสต์ศักราช[21] แต่ไม่มีหลักฐานว่าเชื้อสายชาวบาร์เซโลนาจะมาจากคาร์เธจ และไม่มีหลักฐานว่าชื่อ "Barcino" มีความสัมพันธ์เกี่ยวเนื่องกับครอบครัวบาร์ซิดของฮามิลคาร์[22] โดยระหว่างสมัยกลาง เมืองนี้ได้รู้จักกันในชื่อ Barchinona, Barçalona, Barchelonaa และ Barchenona

ทางสากล ชื่อของบาร์เซโลนาถูกย่อว่า "บาร์ซา" (Barça) นั้นเป็นการย่อแบบผิดหลัก อย่างไรก็ดี ชื่อนี้มาจากสโมสรฟุตบอลบาร์เซโลนา ที่ใช้ชื่อย่อนี้ โดยชื่อย่อที่นิยมกันในท้องถิ่นคือ "บาร์นา" (Barna)

การย่อชื่อเมืองที่เห็นได้ทั่วไปคือ "BCN" ซึ่งมาจากรหัสท่าอากาศยาน IATA ของท่าอากาศยานบาร์เซโลนาเอลปรัต