Фамилия Гелимбатовская — редкий случай, когда окончание указывает на женский род, а сама фамилия происходит от мужского варианта Гелимбатовский. Такая форма типична для польской или украинской традиции: суффикс -ский/-ская изначально закреплялся за шляхтой, но позже распространился и на крестьян, особенно на западе и юге Российской империи. В русской среде фамилии на -ская чаще встречаются у женщин, но здесь исходная мужская форма — Гелимбатовский — почти не встречается в документах, что намекает на позднюю фиксацию или единичный род.

Основа фамилии — Гелимбат — скорее всего, сложное имя или прозвище тюркского происхождения. Первая часть «Гелим» может восходить к арабскому «халим» (кроткий, терпеливый) или к тюркскому «гелим» (приход, прибытие). Вторая часть «бат» — частый компонент в тюркских именах, означающий «сильный, крепкий» (ср. батыр). Таким образом, Гелимбат могло быть составным личным именем вроде «пришедший с силой» или «кроткий силач». Такие имена бытовали у татар, башкир или народов Кавказа, откуда фамилия могла мигрировать в славянскую среду через браки или переселения.

Географически фамилия почти не встречается: ни в одной из современных баз данных нет массовых носителей. Это указывает на то, что род мог быть малочисленным или угасшим. Возможно, предки были выходцами из польско-литовских земель, где тюркские имена адаптировали под местные суффиксы, — например, потомки татарской шляхты, служившей в Речи Посполитой. Если же корни украинские, то фамилия могла возникнуть в среде казаков, где прозвища давали по внешности или характеру.

Словообразовательная модель проста: основа Гелимбат + суффикс -овск- (притяжательное значение) + окончание -ая. В мужском варианте — Гелимбатовский. Такая форма нередко указывала на принадлежность к селу или усадьбе, названной по имени основателя (Гелимбатово). Но документальных подтверждений топонима нет, так что версия с прямым прозвищем более правдоподобна.

Сословная принадлежность неясна. Суффикс -ский мог присваивать фамилию как дворянам, так и крестьянам после реформы 1861 года, когда многим давали «благородные» окончания для благозвучия. Учитывая редкость, скорее всего, это поздняя искусственная фамилия, образованная от имени первого носителя, а не унаследованная от старинного рода.