Фамилия Бунтовская образована по стандартной модели для восточнославянских фамилий — с помощью суффикса -ск-. Этот суффикс указывает на принадлежность к местности или на происхождение из определённого населённого пункта. В основе фамилии лежит прилагательное «бунтовская» (или «бунтовский»), которое могло относиться к женщине, связанной с местом под названием Бунтово или Бунтовка. Такие топонимы встречаются в России и на Украине, особенно в южных и центральных регионах, где слово «бунт» имело хождение в значении «мятеж, восстание» или, реже, как диалектное название связки, вязанки чего-либо.

Наиболее вероятное происхождение — от прозвища Бунт, которое давали человеку с беспокойным, вздорным характером, склонному к спорам и бунтарству. В старину «бунтовщиком» называли участника народного волнения, и такое прозвище могло закрепиться за предком, имевшим репутацию зачинщика или смутьяна. От прозвища Бунт образовалась фамилия Бунтов, а от неё, по модели «чей сын?» — притяжательное прилагательное Бунтовский, которое затем превратилось в фамилию. Женская форма Бунтовская — это либо вариант, закрепившийся за дочерью или женой Бунтовского, либо, что реже, самостоятельное образование от названия деревни.

Сравнение с однокоренными фамилиями — Бунтов, Бунтарев, Бунтаков — показывает, что все они восходят к одному смысловому гнезду, но различаются суффиксами, указывающими на разные способы именования. Фамилия Бунтовская — одна из самых «географических» в этом ряду: суффикс -ск- традиционно связывали с дворянскими или шляхетскими фамилиями, однако в народной среде он тоже был распространён, особенно в западных губерниях Российской империи (Белоруссия, Украина, Смоленщина). Поэтому предки носителей фамилии могли быть как крестьянами, переселившимися из деревни Бунтово, так и мещанами или однодворцами.

Встречается написание с двумя «т» — Бунтовская, что не меняет смысла, но может указывать на региональные особенности произношения. В целом фамилия редкая, не массовая, что делает её особенно ценной для генеалогического поиска: по ней легче проследить конкретную ветвь рода, не теряясь в толпе однофамильцев.