Oloron-Sainte-Marie résulte de la fusion en 1858 de deux entités médiévales distinctes: Oloron, ancienne cité établie sur le promontoire de Sainte-Croix, et Sainte-Marie, fondée dans la vallée vers 1080 par le vicomte Centulle V de Béarn. La cité romaine d’Iluro, fondée au Ier siècle sur la voie du col du Somport, contrôlait le passage entre les Pyrénées et les plaines gasconnes. Le premier évêque attesté, saint Gratus, assista au concile d’Agde en 506. Oloron est le siège d’un évêché depuis l’Antiquité tardive.
Iluro (attesté sur une borne milliaire) pourrait dériver de l’aquitain ili (ville) + ur (eau) — « la ville des eaux » — en référence à la confluence des gaves d’Ossau et d’Aspe. La forme actuelle Oloron dérive d’Iluro via les formes médiévales. Sainte-Marie désigne la cité épiscopale de la vallée.