Фамилия Донецких образована по одной из самых редких в русской ономастике моделей — с окончанием -их/-ых. Такая форма указывает на коллективную принадлежность: Донецкие — это «люди из семьи Донецкого» или «те, кто живёт у Донца». В отличие от более привычных -ов и -ин, фамилии на -их/-ых в основном закрепились в северных и центральных чернозёмных говорах, а также в среде донского казачества, где эта модель встречалась чаще, чем в других сословиях.

В основе фамилии лежит прозвище или именование Донецкий. Самое очевидное объяснение — связь с рекой Дон. Дон упоминается ещё у античных авторов как Танаис, а само слово восходит к древнему авестинскому корню *danu- — «река, текущая вода». Человек, живший на берегу Дона или его притока Северского Донца, мог получить прозвище Донецкий. В пользу этой версии говорит и то, что на Дону исторически сложилась особая группа населения — донские казаки, у которых прозвища по реке были обычным делом.

Есть и другая возможность: прозвище могли дать выходцу с Северского Донца — реки, которая дала название городу Донецку и всему Донбассу. В этом случае Донецких — не просто «живущие у реки», а «те, кто родом с Донца». Такое уточнение было важно в условиях, когда переселенцы из малороссийских губерний перемещались на юг и восток России.

Встречаются и более экзотические параллели: реки с названием Дон есть в Шотландии (на ней стоит Абердин) и во Франции (приток Вилена). Однако связывать с ними русскую фамилию нет оснований — для носителей фамилии Донецких географический контекст почти наверняка лежит в пределах исторической России.

Форма Донецких — это застывший родительный падеж множественного числа. В быту такие фамилии часто склоняли: «живу у Донецких», «поехал к Донецким», но в документах XIX века их постепенно перестали изменять по падежам, закрепив как неизменяемые.