Фамилия Горлевская — женская форма, но в русской традиции она закрепилась как неизменяемая, поэтому носительница может быть Горлевской, а мужчина — Горлевский. Это сразу указывает на модель образования: типичный польско-украинско-белорусский суффикс -ск-/-цк-, который в XVI–XVII веках был признаком шляхетского или казачьего происхождения, хотя позже такие фамилии распространились и среди крестьян.

Основа фамилии — «Горлев» или «Горль». Скорее всего, в её основе лежит прозвище или неканоническое имя Горло. В старину «горло» могло означать не только часть тела, но и крикливого, горластого человека, либо того, кто любил много пить (от «заливать за горло»). В говорах встречалось слово «горля» — так называли бочонок или кувшин с узким горлом, а иногда и человека с толстой шеей. От этого прозвища сначала появилось отчество Горлев (чей? — сын Горла), а затем, с добавлением суффикса -ский, возникла фамилия Горлевский.

Версия о происхождении от географического названия менее вероятна, но не исключена. На карте встречаются топонимы вроде Горлово или Горлево (в России, Беларуси, Польше), но прямой связи с формой «Горлевский» нет. Если бы фамилия была образована от названия деревни, она звучала бы как Горловский. Разница в одну букву — Горлевский вместо Горловский — говорит в пользу прозвищного происхождения.

По сословной принадлежности: носители фамилии Горлевский могли быть как мещанами или крестьянами, так и шляхтой на землях Речи Посполитой. Фамилии на -ский в восточной Польше, на Волыни и в Галиции часто принадлежали мелкой служилой шляхте, которая брала фамилию по имени основателя рода, а не по владению землёй. Так что предки Горлевских могли быть небогатыми, но свободными людьми.

Сегодня фамилия встречается редко, преимущественно в западных областях Украины, в Беларуси и среди переселенцев в Сибири. В России она фиксируется в единичных случаях, в основном как результат браков или миграций XX века.