Фамилия Голембовская — женская форма фамилии Голембовский, которая принадлежит к распространённому в польской и западнорусской ономастике типу фамилий на -ский/-цкий. Этот суффикс изначально указывал на принадлежность к местности или владению: Голембовский — «тот, кто из Голембова» или «владелец Голембова». Основа фамилии — топоним Голембув (польск. Gołębów) или Голембово, которых в Польше, Беларуси и на Западной Украине несколько. Название поселения, в свою очередь, восходит к польскому gołąb — «голубь». То есть в буквальном смысле Голембовская — «голубиная», из Голубиного села.

В польской традиции фамилии на -ский были дворянскими, шляхетскими. Носительницы фамилии Голембовская с высокой вероятностью происходят из мелкой или средней шляхты бывшей Речи Посполитой — территорий современной Польши, Литвы, Беларуси и Западной Украины. После разделов Польши такие фамилии переходили в русскую среду, часто меняя ударение и окончание: Голембовская (ударение на втором слоге) — типичный вариант для потомков польской шляхты, оказавшихся в Российской империи.

Есть и более редкая, бытовая версия происхождения — без привязки к топониму. В польских говорах gołębowski могло означать «голубятник», то есть человек, разводивший голубей или торговавший ими. Однако для фамилии с суффиксом -ский такая профессиональная этимология менее типична: обычно -ский образовывали от названий мест, а не от занятий. Поэтому географическая версия остаётся основной.

Фамилия нечастотная, но стабильно встречается в Беларуси, восточной Польше и среди потомков польских переселенцев в Сибири. В России Голембовские — это, как правило, семьи, чьи предки в XIX веке переехали из Царства Польского или западных губерний. Написание с «о» после «л» (Голембовская, а не Голембовска) — результат русификации окончания.