Фамилия Гомелский — классический пример географического прозвища, которое закрепилось за человеком и стало родовым именем. Её основа — «Гомель» (старое название города Гомель), а суффикс «-ский» указывает на принадлежность к местности или происхождение оттуда. В старину так могли назвать выходца из Гомеля или его окрестностей: «Гомельский» — тот, кто родом из Гомеля. Со временем, при оформлении фамилий в официальных документах, написание могло измениться на «Гомелский» — возможно, под влиянием местного произношения или из-за упрощения в канцеляриях.

По модели образования фамилия типична для польской и западнорусской шляхты, а также для мещан и крестьян, которые в XIX веке получали фамилии от названий городов и сел. В отличие от фамилий на «-ов» или «-ин», форма на «-ский» часто подчеркивала не просто родство, а именно территориальную связь — человека называли по месту, откуда он переселился или где владел землей. Поэтому предки носителей фамилии Гомелский, скорее всего, переселились из Гомеля в другую местность, и их новые соседи закрепили за ними это прозвище.

Географически фамилия встречается в основном в восточной Беларуси и на западе России, особенно в Смоленской и Брянской областях, что логично: Гомель находится на границе этих регионов. Встречаются и варианты написания — «Гомельский» (более точный, с корневой «е») и «Гомелский» (без неё). Второй вариант мог закрепиться из-за того, что в разговорной речи гласный в середине слова часто редуцировался, а при записи фамилии его просто опускали.

В ономастических исследованиях (например, в работах Б. Унбегауна) топонимические фамилии на «-ский» рассматриваются как одна из самых распространенных групп в славянском именослове. Однако конкретно для фамилии Гомелский важно, что она нередко соседствует с однокоренными «Гомельский» и «Гомель», что говорит о разных этапах закрепления прозвища. Если «Гомель» — это простое прозвище без суффикса, то «Гомелский» — более поздняя, «официальная» форма, которая возникла, когда фамилии стали массово записывать в метриках и ревизских сказках.