Фамилия Бромирская — редкий случай в русской ономастике, и её происхождение почти наверняка не связано с исконно славянскими корнями. Вопреки первому впечатлению, основа «Бромир» не имеет отношения к древнерусским именам вроде Владимир или Ратибор. В славянской антропонимике действительно существовали двусоставные имена с элементом «-мир» (Бронимир, Бранимир), но огласовка «Бро-» вместо «Бра-» или «Броне-» для них нехарактерна. Гораздо правдоподобнее, что перед нами фамилия польского или белорусского происхождения, образованная от прозвища или имени, восходящего к польскому слову «brom» — «бром» (химический элемент). В XIX веке, с развитием аптечного дела и фотографии, бромистые соединения были широко известны, и прозвище Бром мог получить аптекарь, химик-лаборант или даже человек с характерным едким запахом, напоминавшим реагенты.

Суффикс «-ская» указывает на принадлежность к шляхетскому или, реже, крестьянскому роду, принявшему фамилию по названию поместья или местечка. Однако топонимов, созвучных «Бромир», на картах Польши, Беларуси и Украины не зафиксировано. Это говорит о том, что фамилия, скорее всего, искусственная — её могли дать в семинарии ученику, чья фамилия была признана неблагозвучной, или же она возникла как русифицированный вариант польской фамилии Бромерский (Bromerski). В таком случае исходное польское прозвище «Bromer» означало бы «торговец бромом» или «аптекарь».

Встречаемость фамилии Бромирская крайне низкая. Она почти не фиксируется в метрических книгах центральных губерний России XIX века. Основной ареал — западные регионы бывшей Речи Посполитой: Гродненская, Виленская губернии, а также Волынь. Носительницы фамилии могли быть потомками мелкой шляхты, которая после разделов Польши перешла в мещанское или крестьянское сословие, сохранив фамилию с «панским» суффиксом. Ударение в фамилии, по аналогии с большинством польских фамилий на «-ский», падает на второй слог: Бро-ми́р-ска-я.

Правописание с «и» в середине — вторичное, результат адаптации к русскому языку. В польском оригинале фамилия могла выглядеть как Bromirska (с носовым звуком), но при записи в российские документы носовой «ą» передали как «и», а суффикс «-ska» заменили на типичное русское «-ская». Таким образом, фамилия Бромирская — это, скорее всего, «профессиональный» след предка-химика или аптекаря, записанный по польской модели, но обрусевший в канцеляриях XIX века.