El topónimo púnico Qartḥadōšt se compone del sustantivo femenino qart 'ciudad pueblo' y el adjetivo ḥadōšt 'nueva', que es la forma femenina de la raíz ḥadōš 'nuevo'. El nombre griego Καρχηδόν[α] (/karxē’don-a/) conserva la -d- originaria de la raíz ḥadōšt, mientras que el latín Carthāgō transforma la -d- en -g-. No obstante, se documenta en c.200 a.C. una forma latina arcaica Carthada que sí muestra la -d- originaria (vide infra). Ambas formas, latina y griega, adoptaron la -ḥ- púnica con sus respectivas aspiradas h (Carthago) y χ (Καρχηδόν). El grupo final -št se perdió y fue reemplazado por las correspondientes desinencias nominales. El acusativo latino, Carthāgǐne, que se pronunciaría en el latín tardío /kartáğene/, se arabizó tras la conquista musulmana como قرطاجنّة /Qarṭāğanna/, cuya vocal ā larga señala la posición original del acento de intensidad. Posteriormente, la influencia de la voz árabe جنّة /ğanna/ 'paraíso', pronunciada /ğenna/ a causa de la imela, actuó desplazando el acento tónico hasta la penúltima sílaba y causando la duplicación de la n. La realidad de esta influencia de جنّة /ğanna/ se observa en la cita de Yaqut, y en el juego de palabras del verso citado de la Qaṣīda maqṣūra del poeta árabe cartagenero Ḥāzim al-Qarṭāğannī: “Pasamos el invierno perfectamente resguardados en un rincón de paraíso (قطر جنّة /quṭr ğanna/) del Campo de Cartagena (قرطاجنّة /Qarṭāğanna/)”.

Las primeras formas castellanas latinizadas del nombre, Cartadenia, Cartagenia, Cartagania, con grafía ni, indican una probable pronunciación inicial con ñ, reflejo de la nn de la forma árabe, si bien se impuso en seguida la forma actual Cartagena con n. La nn redupicada árabe pasaba al castellano como n o ñ, y a veces como nd por disimilación. La interferencia de la arabización del topónimo, ya sospechada por Meyer-Lübke, hace innecesario plantear la agregación de un sufijo ibérico -ena, como propuso R. Menéndez Pidal (PidalTopPrerr 109). Aparte de los gentilicios actuales, han existido otros. En el púnico se documenta el gentilicio qartḥadōšti en la inscripción QRTḤDŠTY (VocFen 224), en griego Καρχηδόνιοϛ (/karxedónios/, vide infra), en latín Carthāginiensis, y en árabe qarṭāğannī (tanto en el nombre del poeta citado como en el del mudéjar de Alcantarilla “Mahomat el Cartajeni” mencionado en el documento de 1424.