Фамилия Черноизюмская — редкий случай, когда географическое название почти наверняка перешло в фамилию без промежуточного прозвища. Её основа — Черноизюм — указывает на топоним, скорее всего, на балку, овраг или урочище, где когда-то рос черный изюм (темный виноград). Формант -ск- и окончание -ая выдают типичную дворянскую или польско-шляхетскую модель: так оформляли фамилии по названию поместья или владения. В русской традиции этот суффикс закрепился за духовенством и служилым дворянством, но в случае с Черноизюмской версия о происхождении от помещичьей усадьбы выглядит убедительнее.

Черный изюм — не ботанический курьез, а указание на сорт винограда с темной, почти черной ягодой, которую сушили на юге России. Если балка или хутор назывались Черноизюм, то их хозяин или первый поселенец мог получить прозвище по месту жительства. Позже это прозвище закрепилось за его потомками как фамилия. Менее вероятна версия, что фамилия образована напрямую от прозвища «Черноизюм» — так могли назвать человека за смуглую кожу или любовь к сладкому, но для прозвища конструкция слишком громоздкая и неестественная для бытовой речи.

География фамилии узкая. Черноизюмская встречается в основном на юге России и в украинских областях, где виноградство было традиционным — в Ростовской области, Краснодарском крае, на Донбассе. Встречаются единичные носители в центральной России, но это, скорее всего, результат миграции XX века. В дореволюционных списках дворянских родов фамилия не значится, что говорит о её происхождении из среды казачества или однодворцев — вольных землепашцев южных рубежей, которые часто получали фамилии по урочищам.

С точки зрения словообразования, фамилия сложная: корень «черн-» (черный), корень «изюм-» (виноград) и суффикс принадлежности -ск-. Ударение, скорее всего, падает на второй слог: Черноизю́мская. Встречаются варианты написания через «ё» (Черноизёмская), но это ошибка переписчиков, не меняющая смысла.