Фамилия Голтвеницкая — редкий случай, когда географическое прозвище, скорее всего, стало основой для фамилии. Её окончание «-ская» указывает на принадлежность к местности или роду: так в основном оформлялись фамилии дворянства и духовенства, а также людей, переселившихся из одного села в другое. Основа «Голтвеницк-» почти наверняка ведёт к названию населённого пункта вроде Голтвеницы, Голтвениц или Голтвеничи. Такое топонимическое прозвище давали человеку, который ушёл из этого места: «Иван из Голтвениц» со временем превратился в «Иван Голтвеницкий».

Вероятный корень этого названия — диалектное слово «голтва» или «голть». В говорах северо-западных и центральных областей России «голтва» означает голь, бедноту, оборванцев, а также шумную ватагу. В псковских и тверских говорах «голтвеник» — это бедняк или бродяга. Таким образом, прозвище Голтвеница могло закрепиться за человеком из небогатой семьи, живущего «на голом месте». Однако не стоит сразу делать вывод о социальном статусе предка: прозвище могло быть ироничным или указывать на место, получившее имя от особенностей ландшафта — «голое» (открытое, безлесое) поле.

Фамилия встречается крайне редко. В современных базах данных и телефонных справочниках носители сосредоточены в основном на юге России и в центральных областях, что косвенно подтверждает её связь с переселенцами. В отличие от массовых фамилий на «-ов» и «-ин», Голтвеницкая сохранила архаичную словообразовательную модель и не даёт однозначного ответа о сословии: её могли носить как потомки священников (семинарские фамилии часто образовывались от названий сёл), так и крестьяне, получившие фамилию по месту выхода.

Написание фамилии неустойчиво: в дореволюционных источниках встречаются варианты Голтвеницкий (для мужчин) и Голтвеницкая (для женщин), а также редкая форма Голтвиницкая. Разница в одной букве не меняет корня, но может указывать на местный говор: «е» или «и» в суффиксе зависело от диалекта и грамотности писаря.