Фамилия Голембиевская — один из тех случаев, когда географическая привязка оказывается важнее, чем разбор корня. Это типичная «топонимическая» фамилия, образованная по польской модели от названия населённого пункта с помощью суффикса -ский/-цкий, который в женском роде даёт окончание -ская.

Основа фамилии — Голембиев- — восходит к польскому слову gołąb (голубь). В польском языке есть множество топонимов с этим корнем: Голембе, Голембие, Голембиев, Голембиево. Владелец поместья или житель такого места получал прозвание «Голембиевский» — тот, кто из Голембиева. Со временем это прозвание закрепилось как фамилия и перешло к потомкам. Женская форма Голембиевская, соответственно, означала либо жену, либо дочь носителя фамилии.

В польской шляхетской среде фамилии на -ский/-цкий были особенно распространены среди мелкопоместного дворянства, которое часто брало фамилию по названию своего имения. Поэтому предки-носители фамилии Голембиевская с высокой вероятностью были связаны с землевладением — либо владели хутором или деревней с таким названием, либо жили в ней. В Российской империи после разделов Польши такие фамилии активно переходили в православные метрики, часто меняя написание: в русских документах могло встречаться и Голембиевская, и Голембевская, и даже Голубовская — как попытка перевести прозрачный корень.

Есть и более простая версия происхождения: прозвище Голембий (Голубь) могло даваться человеку за кроткий нрав или внешнее сходство. Тогда фамилия Голембиевский — это уже не топонимическая, а патронимическая модель: «сын того, кого прозвали Голубем». Но в таком случае форма на -ский для прямого прозвища встречается реже — чаще она указывает именно на место. Поэтому первая версия (географическая) правдоподобнее.

В русском языке фамилия сохранила польское произношение с мягким «м» и ударением, которое обычно падает на второй слог: Големби́евская. Встречается она преимущественно в западных областях России, в Беларуси и на Украине — там, где исторически были польские поселения или шляхетские усадьбы.