Фамилия Дебелинский — редкий случай, когда географическая основа почти наверняка перевешивает прозвищную. Суффикс -ский указывает на происхождение от названия места: такую фамилию обычно получал либо помещик по имени своего имения, либо выходец из села или городка, который при переезде «приписывал» себе местную фамилию. В основе лежит топоним Дебели, Дебелино или похожий. Подобные названия встречаются в Польше и на западе современной Украины (например, село Дебели под Львовом), а также в Беларуси. Корень здесь — не русский «дебелый» (толстый, плотный), хотя внешнее сходство есть, а, скорее всего, западнославянское личное имя или прозвище Debel, образованное от того же корня со значением «крепкий, сильный, дородный». В польской ономастике фамилии на -иньский (Debliński) фиксируются с XVI века, и написание «Дебелинский» — результат адаптации польской или белорусской фамилии в русской среде.

Словообразовательная модель проста: топоним Дебели (или Дебелин) + суффикс принадлежности -ск(ий). Такая модель была типична для шляхты и духовенства, но к XIX веку её активно перенимали и крестьяне, записываясь по месту рождения. Версия о происхождении напрямую от прозвища «Дебела» (толстяк) с добавлением -инский менее вероятна: суффикс -инский обычно крепится к географическому названию, а не к личному прозвищу. Для прозвищного корня типичнее были бы фамилии Дебелов, Дебелин или Дебелых.

Сословная принадлежность носителей фамилии Дебелинский, судя по архивным данным XIX века, колебалась: встречаются записи как о мещанах и крестьянах из западных губерний (Волынской, Гродненской), так и о священниках. В духовном сословии фамилии на -ский были нормой, и если предок был выпускником семинарии, ему могли дать фамилию по названию родного села. Таким образом, предки современных Дебелинских с высокой вероятностью жили в одном из поселений с корнем «Дебел-» на территории бывшей Речи Посполитой, а фамилия закрепилась за ними после отмены крепостного права или при переходе в другое сословие.