La evolución del antiguo Burzau, Bursau hasta la forma Borja se explica a través de distintas adaptaciones del topónimo primitivo a las diferentes lenguas que se han sucedido a lo largo del tiempo.

El topónimo primitivo es *Bursavo creado a partir del étimo *Bursa, formación derivada de la raíz hidronímica ie. *war- ‘agua, río’, con alargamiento consonántico *burs- (Villar_2005, 133) y alternancia vocálica /a/ ~ /u/ atestiguada en topónimos antiguos (cfr. Warta ~ Wurta; Barcino ~ Burcino). *Bursavo se origina en un sintagma del tipo *Bursa-aba, *Bursa-abon ‘el río Bursa’. Cabe destacar, en primer lugar, la pérdida de /v/ intervocálica ante vocal velar que origina la terminación -ao producida ya en la antigüedad, que es característica de las formas iberopirenaicas (Villar_2014, 201), y la sonorización /-rs-/ > /-rz-/ (Bursau > Burzau). Como señala Villar, (Villar_2000, 431), los celtíberos, al asentarse en el valle del Ebro, se encontraron con hablantes que usaban una lengua indoeuropea distinta y la adaptaron a sus hábitos articulatorios. Por último, la /-u/ ibérica se transformó en una /-o/ latina, originando las formas BURSAONUM y BURSAONENSES, de donde se deduce la forma *Borsao (cfr. este mismo cambio vocálico en topónimos antiguos latinizados como Turiazu > Turiaso [Tarazona] o Alaun > Alaon [Alagón]).

En la adaptación al árabe, el dato fonético fundamental es la citada sonorización /-rs-/ > /-rz-/ seguida de vocal (Bursao > Burzao). Esta sibilante pasó al latín como sonora y posteriormente originó en árabe la consonante africada palatoalveolar sonora /ǧ/ (Burǧa). No se trata, por lo tanto, de una palatalización de la sibilante que deviene en la fricativa palatoalveolar sorda /š/ árabe (TopHisp_2011, 104). En esta adaptación coopera la atracción paronomástica con el apelativo árabe burǧ ‘torre’, tal y como propuso Untermann (MLH, I/1, 257), lo que explica también la pérdida de /-o/ final (Burzao > Burǧa).

En este estadio evolutivo es relevante destacar cómo Al-cUdrī anota en un pasaje el sintagma “Wādī Burǧa”, literalmente el ‘río Borja’. Granja (Granja_1966, § 62, 35) lo tradujo como “valle de Borja” y esta traducción la ratificó Terés (Terés_Nómina, 88) argumentando que el cauce fluvial que pasa por la localidad es el río Huecha. En realidad, y si nos atenemos a la etimología hidronímica del topónimo, el sintagma Wādī Burǧa es un tautohidrónimo en donde la noción de 'río' se expresa a través de dos apelativos lingüísticamente distintos, uno de origen indoeuropeo (Burǧa) y el otro árabe (Wādī). Esta misma tautología reaparece en uno de los primeros documentos cristianos, en este caso con el apelativo lat. RĪVU: “riuum Borge” (1121, DEbro-1, doc. 77, p. 92).

En el paso del árabe al romance la consonante africada palatoalveolar sonora /ǧ/ se convierte en el prepalatal fricativo sonoro /ž/, que presenta las soluciones gráficas habituales en la documentación medieval aragonesa (-i-, -g-, -y-, con la presencia en algunos documentos de la -h- expletiva o inorgánica Boriha, y el dígrafo -gi-): Boria, Borga, Borya, Borgia. Posteriormente, el fonema prepalatal fricativo sonoro /ž/ pasa a fricativo velar sordo /x/, grafías -x- y -j- (Borxa, Borja). A lo largo de la Edad Media se suceden las alternancias /o/-/u/ en el timbre de la vocal tónica (Burgia ~ Borgia), prevaleciendo el primero a partir del siglo XIV. Sinópticamente, la evolución es la siguiente: burśau > Burzao > *Borsao > Burǧa > Boria, Borga, Borya, Burgia, Borgia > Borxa, Borja.

Para Asín y otros autores (AsinContrib, 96; LexTopAnd, 246), Borja es un arabismo basado en el áa. burǧ ‘torre’. Esta interpretación difiere de la ofrecida por Frago en la principal monografía sobre el lugar en la que propone “el lexema vasco-ibérico BUR- que se descubrirá igualmente en otros topónimos de esta misma área, y de manera más evidente en Bureta y Burrén” (TopnBorja, 50). Esta raíz guarda relación con el vasco buru ‘cabeza’ (Frago_1976, 328-329). Para Marco (Marco_1979, 161), se trata de un topónimo preindoeuropeo.