Фамилия Грайворонская — классический пример «географической» фамилии, образованной от названия населённого пункта. Основа здесь — топоним Грайворон, город в Белгородской области на реках Ворскла и Грайворонка, у самой границы с Украиной. Предок носителей этой фамилии, скорее всего, родился или жил в этом городе, а фамилию ему дали по месту жительства: «Грайворонский» — тот, кто родом из Грайворона. Суффикс -ск- в женском роде (Грайворонская) указывает на принадлежность к местности, такой тип фамилий был особенно распространён среди дворянства и духовенства, но мог закрепиться и за крестьянами, переселившимися из города в другие места.

Само название города не славянское по происхождению, а тюркское. Его разбирают на две части: «грай» и «ворон». Первая часть восходит к тюркскому kara — «чёрный», вторая — к bura или burun — «нос», «мыс». Вместе получается «чёрный мыс» или «тёмный выступ», что логично для города, стоящего на берегу реки. Однако народная этимология, закрепившаяся в русском языке, переосмыслила это название на свой лад, сблизив его с украинским словом «грайворон» — «грач» (птица из семейства врановых). Такое переосмысление — частое явление: непонятное чужое слово заменяют похожим по звучанию, но понятным. Именно эта «птичья» версия чаще всего всплывает, когда говорят о происхождении фамилии, хотя исторически она вторична.

Интересно, что фамилия Грайворонская встречается не только в Белгородской области, но и в других регионах России и Украины. Это говорит о том, что выходцы из города расселялись достаточно широко. Поскольку фамилия женская, её мужской вариант — Грайворонский. Встречаются и однокоренные фамилии: Грайворонов, Грайворонцев, а также более редкие варианты вроде Грайворонко. Все они ведут свою родословную из одного места — старинного города на границе лесостепи и степи, чьё имя, пройдя через века, превратилось в фамилию.