El topónimo consta de dos formantes. El primero es el nombre personal de origen gótico-germánico Ramellus, modificado por la fonética vasca, que designa el nombre del propietario o poseedor del lugar. El segundo es el apelativo vasco -(h)uri ‘poblado, villa’. El sentido global de Herramélluri es la ‘villa o el poblado de Ramel’. Según noticia proporcionada por Pérez de Úrbel (1945, I, 318), el personaje histórico del que proviene el nombre es Álvaro Herraméliz (fl. 923-931), futuro conde de Álava, quien desplegó una labor repobladora en esa zona de La Rioja en el primer tercio del siglo X y a quien también se debe la localidad burgalesa Herramel.

Con respecto al primer formante, Cierbide (2000, 273-276) mostró la profusión de este nombre personal en la documentación comprendida entre los siglos X-XIX bajo tres formas. Como nombre propio: Arramello (956), Ramel (962), Harramelli (1065), Ferramel (1078), Arramelu (1212). Como patronímico: Harramelliz (929), Ramelliz (1017), Farramelliz (1048), Herramelliz (1078), Ferra Melliz (1100). Y como nombre de lugar (no todos referidos al topónimo riojano): Harramellori (1067), Herramelluri (1073), Harramelluri (1080), Arramel (1606), Ramelluri (1654), Remelluri (1691), Remelluri (1706), Herramel (1845-1850).

A partir de estos resultados, Cierbide explicó la formación de este nombre propio a partir de un derivado germánico-gótico *ram- ‘robusto, fuerte, vigoroso’ [‘stark’] (HGN, 218, n.º 215). Según esta hipótesis, "parece razonable pensar que al lema gótico *ram- se le agregó en época muy antigua, acaso durante el Bajo Imperio, el sufijo latino -ellus, de donde derivarían las diversas variantes" (2000, 274-275). De esta manera, la forma primitiva del topónimo es Ramelluri-Remelluri, siendo equivalente al castellano Villarramiel (Palencia), con diptongación /-ié-/ de la /-é-/ tónica. Por fonética vasca, la forma primitiva Ramelluri-Remelluri recibe la prótesis vocálica de /a-/ o /e-/ habitual ante vibrante múltiple en posición inicial (Harramellori, Herramellori). Por último, la /f-/ inicial que aparece en algunas formas documentadas (Ferramellor, Ferramellori, Ferramelori, Ferramelur) obedece a fenómenos de ultracorrección.

La explicación histórica del topónimo Herramélluri responde a los procesos de crecimiento demográfico y de ordenación del espacio altorriojano que se desarrollan a lo largo del siglo XI. Como ha estudiado García de Cortázar (2013, 127 y ss.), los nuevos núcleos de población se distribuyen en tres zonas: el valle del río Oja, ya en la confluencia con el río Tirón; el bajo valle del Najerilla; y las tierras comprendidas entre Nájera y el valle del Iregua. En el primero de estos espacios, "comienza a surgir un conjunto de núcleos de explotación y poblamiento que, bautizados por una corriente inmigratoria vasca, probablemente alavesa y vizcaína, por los inconfundibles sufijos en uri que aplican a los pagos sus repobladores, se vincularán espiritual y materialmente al monasterio de San Millán (ibidem, 132). En cada uno de estos núcleos fueron instalándose pequeñas unidades familiares que terminaron conformando una aldea.

Durante la Edad Moderna y hasta el siglo XIX el topónimo Herramélluri compartió la denominación con la de Villa de la Vega de Tirón en referencia al río que discurre por el municipio.