Der ursprünglich griechische Name der Stadt, Byzantion, ist möglicherweise thrakischer Herkunft. Er wurde im Altertum auf den legendären Gründer der Stadt, Byzas, zurückgeführt. Zu Ehren des römischen Kaisers Constantinus, der Byzantion zu seiner Residenz ausbauen ließ, wurde die Stadt 330 n.Chr. in Constantinopolis (latinisiert, griech. Κωνσταντινούπολις - Konstantinoupolis, „Stadt des Constantin“) umbenannt. Auf Constantinopolis gehen die deutsche Form Konstantinopel und zahlreiche weitere Namensformen zurück. Auf Arabisch wurde Konstantinopel al-Qustantīniyya ( القسطنطينية ) genannt, im Armenischen Gostantnubolis und im Hebräischen Kuschta ( קושטא ). Für die slawischen Völker (Russen, Serben, Kroaten, Slowenen und Bulgaren) hieß die Stadt Carigrad bzw. Caringrad (Stadt des Zaren bzw. Kaisers).
Bis 1930 gab es keine fortdauernde und eindeutige, offizielle Namensform. In osmanischen Urkunden, Inschriften etc. wurde die Stadt in der Regel mit ihrer vom Arabischen abgeleiteten Namensform Kostantiniyye ( قسطنطينيه ) bezeichnet. Man findet aber auch şehir-i azima (türk. = die großartige Stadt), die französisierten Formen Constantinople und Stamboul sowie zusätzlich die Beinamen der-i saadet ( درسعادت = Haus der Glückseligkeit; auch in der Form südde-i saadet), der-i âliye ( درعاليه = Hohes Haus oder Hohe Pforte, abgeleitet von bâb-i-âlî, باب عالی , was aber auch die osmanische Regierung oder das gesamte Reich meinen konnte; auch in den Formen darü's-saltanat-ı aliyye, asitane-i aliyye und darü'l-hilafetü 'l aliye) und pâyitaht ( پایتخت = Ehrenvoller Thron im Sinne von Residenz). Daneben gab es noch die Namensformen mahrusa-i saltanat und dergâh-ı mualla.
Die Namensform Islambol ( إسلامبول geschrieben Islambul) entstand nach 1453 und wurde hauptsächlich im religiösen Umfeld verwendet. Im 18. Jahrhundert wurde sie von einigen Sultanen bevorzugt. In dieser Zeit wurde Islambul als Name der Münzstätte am Tavşan taşı auf Münzen geprägt. Islambol wurde volksetymologisch gedeutet als Islami bol (olan) (yer) – (Ort), dessen Islam reichlich (ist).
Im türkischen Dialekt der Stadt hatte sich die Namensform Istanbul ( استنبول, auch Istambul, Stambul) herausgebildet, die schon in seldschukischer Zeit Verwendung fand und später durch osmanische und westeuropäische Aufzeichnungen für das 16. Jahrhundert belegt ist. Während mit Konstantinopel meist die gesamte Stadt samt einigen Stadtteilen nördlich des Goldenen Horns und jenseits des Bosporus gemeint war, kennzeichnete der Name Istanbul eher die alte Stadt auf der Halbinsel zwischen Marmarameer, Bosporus und Goldenem Horn, die nach Westen durch die Landmauer abgeschlossen wurde.
Bei Istanbul handelt es sich möglicherweise um die türkische Abwandlung des griechischen εἰς τὴν πόλιν („in die Stadt“), nach griechischer Aussprache seit byzantinscher Zeit etwa istimbólin. Diese Deutung erscheint sinnfällig, da man in der Spätantike und im frühen Mittelalter im Oströmischen Reich von Konstantinopel sprach, wenn man umgangssprachlich „die Stadt“ sagte, da sie mit ihren fünfhunderttausend Einwohnern und ihren mächtigen Mauern mit keiner anderen Stadt im weiten Umkreis verglichen werden konnte. Wie das antike Rom war sie ein Musterbeispiel einer Stadt, sie war das wirtschaftliche, kulturelle und politische Zentrum. Konstantinopel galt wie vormals Rom als Zentrum der Welt. Reich wie Hauptstadt brauchten daher eigentlich keinen Namen, da sie einzig waren (der Kaiser sah sich nicht als Kaiser von Byzanz oder Konstantinopel, sondern als Kaiser „urbis et orbis“).
1930, in der Frühzeit der Republik, wurde İstanbul zum offiziellen Namen der gesamten Stadt. Da die Stadt in osmanischen Schriften und im türkischen Volksmund schon seit langem im engeren Sinn so genannt wurde, war dies eigentlich keine Neubenennung. In den meisten europäischen Ländern (außer z. B. Griechenland) verdrängte die Bezeichnung Istanbul allmählich die Bezeichnung Konstantinopel bzw. deren Varianten.