El topónimo Uncastillo está compuesto por dos elementos: un primer formante, que podría ser un antropónimo (UNIO), y un segundo, el nombre común castillo (del latín CASTĔLLU) o su variante castro (del latín CASTRU), dando lugar a formas como Unocastello o Unicastro, interpretables como ‘el castillo de Unio’.

El repertorio de formas documentadas permite establecer una primera división entre las formas aglutinadas (Unicastello, Vnocastello, Uncastello, Unicastro, Uncastel, Uncastiello, Oncastiello y Uncastillo) y las formas sin aglutinar (Ūnuh Qaštīl, Uno Castello, Un Castelo). Por otra parte, algunas formas utilizan el apelativo CASTRU en lugar del apelativo base CASTĚLLU, que es el que ha perdurado en el resultado actual: Unicastro (1092), Unocastro (1115) y Unum Castrum (1129). La forma aragonesa Uncastiello es la habitual entre los siglos XIII-XV. Entre los siglos XV y XVI es frecuente la forma Huncastillo, con una h expletiva o inorgánica.

Tradicionalmente, el nombre Uncastillo se interpretaba únicamente a partir del apelativo latino CASTĔLLU (‘castillo’), vinculándolo a la serie de topónimos castrales, pero sin ofrecer una explicación clara para el primer formante (Un-, Uni-, Uno-, á. Ūnuh). En ausencia de una explicación sólida, se infería que su origen se encontraba en el lat. UNUS, -A, -UM ‘uno, una’, con la alternancia un / uno (Uno castello / Un castello), de consideración gramatical controvertida (NGLE, §15.2i-15.2u.). De acuerdo con lo anterior, Uncastillo era un topónimo transparente cuyo significado no necesitaba de ninguna precisión semántica adicional: Uncastillo es ‘un castillo’ que toma como referente el dispositivo defensivo emplazado en la Peña Ayllón. 

El primero que apuntó una interpretación distinta para el primer formante fue Julio Caro Baroja. En su obra La casa en Navarra, señaló respecto a Carcastillo: "La forma nos recuerda a la de Unocastello, para Uncastillo, que también aparece, a veces, como Unicastello. Estos nombres hay que asociarlos, por otra parte, con los de Dicastillo, castillo de Deio, y Turdicastillo" (Caro, 1982, IV, 171), sugiriendo una conexión entre antropónimos y topónimos castrales.

Estudios posteriores han cuestionado la naturaleza del primer formante del topónimo. Por un lado, la presencia del cuantificador un, uno en formas como Unocastello o Uncastillo no se ajusta a ninguno de los valores etimológicos fundamentales del latín UNUS, -A, -UM (los de indiferenciación, tipificación o exclusividad). Por otro lado, el análisis de las estructuras gramaticales romances presentes en topónimos relacionados con construcciones militares defensivas con los apelativos castillo o castro revela características particulares que invitan a una interpretación distinta (Cortés, 2014, 20-22).

Uncastillo forma parte de una serie de topónimos del ámbito aragonés (como Aracastillo, Bono Castro (Bonéu), Cercastiel, Malacastro, Serracastillo, Turdicastillo), navarro (Carcastillo, Dicastillo, Punicastro), leridano (Malagastre, Momegastre, Montmagastre, Santa María de Montmagastrell) y riojano (Ojacastro), todos ellos compuestos por dos formantes, siendo el segundo invariablemente castillo o castro.

Desde el punto de vista gramatical, el orden de los elementos en estos compuestos no sigue el patrón habitual del romance, en el que el nombre determinado precede al determinante, sino que se invierte: el nombre determinado aparece pospuesto. En la mayoría de los casos, el primer formante corresponde a un antropónimo. En este contexto, el primer elemento de Uncastillo puede identificarse con el cognomen latino UNIO, lo que permite interpretar el topónimo como ‘el castillo de Unio’ (Top_5Villas, 73-79; Cortés, 2014, 39-45).

Otra explicación distinta surge en distintos pasajes de Onomasticon Cataloniae, donde se identifican dos formantes: el segundo, CASTĔLLU (‘castillo’), y el primero, el adjetivo vasco on (‘bueno’). Según esta hipótesis, Uncastillo es el 'castillo bueno' (en vasco, On-Gaztelu) (OnCat, III, 71; OnCat, I, 79: "el nom del poble aragonès d'Uncastillo format amb el basc on = ll. bonus; y en Oncat VI, 12: "on-kastelu 'castell bo' > arag. Uncastillo").