Фамилия Горсенская — редкий случай, когда географическая основа почти очевидна, но не даёт однозначного ответа. С суффиксом -ск- и окончанием -ая она указывает на дворянское или польско-шляхетское происхождение: такие фамилии, как правило, образовывались от названий имений, городов или уездов. Если предположить, что в основе лежит топоним Горсень, Горсынь или Горсна, то это мог быть небольшой населённый пункт, не сохранившийся на современных картах или известный лишь в местной микротопонимии.

Корень «горс-» не принадлежит к очевидным славянским основам. Возможно, это искажённое или диалектное произношение от «горький» (горечь) или «горсть» (как горсть земли или зерна). Второй вариант — связь с ремеслом: в некоторых говорах «горс» могло означать «гончар» или «горшечник», хотя такая форма не зафиксирована в словарях. Менее вероятно, но возможно заимствование из немецкого или голландского (фамилия Горсен встречается у немцев, но там она обычно патронимическая, от имени Гёрс или Горс).

Поскольку фамилия женская, мужской вариант — Горсенский. Носители могли принадлежать к обедневшему дворянству или разночинной интеллигенции, получившей фамилию по месту службы или владения. В XIX веке такие фамилии на -ский/-цкий часто присваивались выпускникам духовных семинарий, но в случае с Горсенской это маловероятно: семинарские фамилии обычно образовывались от церковных праздников или латинских корней, а не от топонимов.

В современной России фамилия встречается единично, в основном на северо-западе страны и в Поволжье, что косвенно подтверждает её возможную связь с польскими или литовскими землями, где суффикс -ский был особенно распространён. Спорных версий здесь две: либо это забытое дворянское гнездо, либо искусственная фамилия, созданная в советское время из случайного слова. Первая версия правдоподобнее — слишком характерна модель для дореволюционной аристократии.