El nombre de la localidad procede del hagiónimo SANCTA EULALIA, nombre de la santa bajo cuya advocación se construyó en el siglo XI un monasterio en torno al cual creció la localidad. La forma aragonesa del topónimo Santolaria es el resultado de la aglutinación del adjetivo SANCTA en posición proclítica y el nombre personal EULALIA, en el que se aprecian dos fenómenos evolutivos: de un lado, la monoptongación del diptongo átono en posición inicial /eu-/ > /o-/; de otro, la disimilación consonántica /l/ > /r/ (Olalia > Olaria). Esta disimilación es más propia del ámbito lingüístico catalán (Eulària), en tanto que en el ámbito lingüístico castellano resultan formas patrimoniales como Santa Olaia, Santa Olalla o Santa Olaja (DicTopEsp, 314-315, s. v. Santa Eulalia del Río).

La forma aragonesa Santolaria consta en la documentación entre 1495 y 1646. Entre 1713 y 1834 el topónimo incorporó el nombre del río que discurre junto a la población (Santolaria de Gállego, ar. Santolaria de Galligo) para distinguirse de otros topónimos idénticos próximos de la provincia de Huesca (Santa Eulalia la Mayor, Santa Olaria de la Peña). La forma actual Santa Eulalia de Gállego es una retoponimización cultista que se documenta a partir de 1857 (Ubieto_Pueblos3, 1150).