Фамилия Голтвянский звучит редко и заметно: её отличает суффикс -янск-, который встречается нечасто и обычно указывает на географическое происхождение. Такая модель образования типична для фамилий, возникших от названий поселений, особенно на территории Украины и Беларуси. Суффикс -ск(ий) — один из самых распространённых в русской и польской ономастике, а вставка -ян- появляется в прилагательных от топонимов на -я (например, Золотоноша — Золотоношский, но также возможна форма Золотнянский). Соответственно, Голтвянский, скорее всего, происходит от названия населённого пункта, которое в основе содержит корень «голтв-».

Главная версия — связь с селом Голтва (или Голтвянка) в Полтавской области Украины. Это историческое местечко, известное с XVII века, стоявшее на реке Голтва (приток Псла). Название реки, по мнению топонимистов, может восходить к тюркскому «голта» — «озеро» или к славянскому диалектному «голтва» — «глубокое место в реке, омут». Житель такого села получал прозвище Голтвянский — «тот, кто из Голтвы». Со временем прозвище закрепилось как фамилия за потомками.

Менее вероятная, но возможная версия — происхождение от прозвища Голтвяный, связанного с диалектным словом «голтва» в значении «голытьба, беднота» (от «голый»). В таком случае Голтвянский — это человек из семьи бедняков, но эта гипотеза слабее: суффикс -янск- почти не используется для образования фамилий от прозвищ, он прочно привязан к географии. Поэтому первая версия — из села Голтва — выглядит убедительнее.

Фамилия Голтвянский — пример того, как топонимическая фамилия сохраняет память о малой родине предков. Носители её, вероятно, были выходцами из казацких или крестьянских семей Полтавщины, где в XVII–XVIII веках активно формировались фамилии по месту жительства. Встречается она крайне редко, что делает её уникальным маркером происхождения из конкретного региона.