Фамилия Арнатовский звучит как типичная дворянская или шляхетская фамилия, и это не случайно. Её выдает суффикс -ский, который в русской традиции указывает на происхождение от географического названия. В Польше и на западнорусских землях такие фамилии носили в основном представители шляхты, а в Российской империи — духовенство и разночинцы, которые получали фамилии по названию своих приходов или местечек.

Основа фамилии — топоним Арнатово или Арнатов. Такое название могло произойти от прозвища или имени Арнат. Само слово «арнат» в южнорусских и украинских говорах имеет несколько значений. Самое очевидное — это искажённое «арнаут», так называли албанцев на службе в турецкой армии, а позже — иррегулярные отряды на Балканах. В Малороссии «арнаутами» называли наёмных сторожей или пастухов, часто выходцев с юга. Таким образом, первый носитель фамилии мог быть потомком человека с прозвищем Арнат — либо по этническому признаку, либо по роду занятий.

Менее вероятная, но возможная версия — связь с греческим словом «арна» (ягнёнок). В этом случае Арнатовский могло быть семинарской фамилией, образованной от латинизированной основы «арнатус» (ягнячий). Такие «искусственные» фамилии давали воспитанникам духовных училищ, и они часто имели книжное, а не бытовое происхождение.

Географически фамилия привязана к западным губерниям Российской империи — Волынской, Подольской, Киевской. Там встречаются села с похожими названиями, например, Арнаутово. Носители фамилии Арнатовский — это, скорее всего, потомки либо обедневшей шляхты, которая перешла в однодворцы или мещане, либо священников, получивших фамилию по месту службы. В любом случае, перед нами фамилия с чёткой «географической» моделью, и её разгадка лежит в названии конкретного места, где жил предок.