En su estudio sobre la toponimia de la comarca Ramírez Sádaba (1992, 8-9) expone las dos explicaciones más tradicionales. En el siglo XVI el religioso Gregorio de Argaiz propuso que Liébana tomó su nombre de la blancura de las nieves que cubren los Picos de Europa a partir del lexema latino *liv- 'blanco'. Para Ortega Valcárcel (1987), Liébana tendría relación con el vasco *lueban 'trinchera'. Puesto que este apelativo vasco deriva del verbo ebain 'cortar, hendir', el topónimo Liébana aludiría a la morfología del relieve montañoso de la comarca y al perfil abrupto de sus valles.

Canal (1998, 14-15) refutó las dos explicaciones anteriores y propuso que Liébana resulta de la contracción de tres elementos euskéricos: ili-ibai-ana, en donde el primero es 'castro' (con pérdida de /i-/ similar a Baigorri < ibai gorri 'río rojizo'), el segundo 'río' y el tercero 'situación'. El sentido global del topónimo sería 'el castro que está junto al río' o bien 'el río que pasa junto a castro', aunque reconoce ignorar cuál sería la situación de este castro. Por su parte, González (DETMCant, 239) plantea la hipótesis de que el topónimo sea una formación secundaria de la raíz hidronímica *lup-, *luba-, *lupia- con sufijo átono -ana, partiendo de una hipotética raíz con grado /e/ (*leb-ana).

Los estudios de Francisco Villar sobre la toponimia antigua de Hispania y su cotejo con la toponimia extrapeninsular han reorientado la explicación del topónimo. Según estos estudios, el étimo *libana es un derivado mediante el sufijo átono -no- de una serie toponímica formada sobre las raíces *lebo-, *libo- en la que se encuadran distintos topónimos, hidrónimos y orónimos tanto antiguos como modernos distribuidos en una zona geográfica muy amplia que se extiende por el Mediterráneo y las Islas Británicas (Villar_2011, 347-349). Entre los topónimos de esta serie se incluyen formaciones básicas (Leba, Libe, Libum, Leiva, Libia), formaciones con sufijo -ko- (Libici, Libicanus), con sufijo -ro- (Libra, Lebrón, Lebrana) y formaciones con sufijo -no- entre las que se encuentran Liébana, Libana, Libena, Libiana o Lebana. El parónimo más renombrado es Líbano, actual nombre de nación que, como Liébana, conserva la acentuación proparoxítona ('lje βa na) y cuya explicación tradicional se basa en una raíz fenicia que significa 'blanco' en referencia a las montañas nevadas.

A pesar de estas coincidencias, en palabras de Villar, "no podemos proponer ninguna etimología convencional para las diversas series que comparten el segmento inicial leb- que alterna ampliamente con lib-" (Villar_2011, 627). Esta imposibilidad obedece al comportamiento del vocalismo del radical. No obstante, Villar subraya la abundancia de hidrónimos en esta serie, entre los que se encuentra Liébana, originariamente un valle fluvial. Esta abundancia conduce a plantear la hipótesis de un hidrónimo primitivo *Liba o *Leba sobre el que se forma un adjetivo denominativo RIVUS LIBANUS 'el río Liba o Leba'. Este adjetivo LIBANUS podría aplicarse en usos exocéntricos a cualquier otro referente relacionado con el río (por ejemplo, MONS LIBANUS 'la montaña cercana al río Liba o Leba') (Villar_2011, 628). 

Fonéticamente, lo más relevante atañe al vocalismo. La vocal tónica /-é-/ se interpretó como /-ĕ-/ latina y pasó al romance con diptongación regular /-ié-/ (Lebana > Liébana), si bien en algunos resultados tempranos alterna con el timbre /-i-/ (Libana).