Фамилия Грейнвальд — типичный пример немецкого двухосновного антропонима, который не переделывали на русский лад, а записали почти так, как он звучал. Первая часть, Grein, восходит к средневерхненемецкому grein — «ссора, спор, недовольство». Это могло быть прозвищем неуживчивого, ворчливого человека, любителя пререкаться. Вторая часть, Wald, означает «лес». Вместе буквальный смысл — «спорный лес» или «лес ссоры». Такое имя-прозвище мог получить либо человек, живший у спорного участка леса, либо, что вероятнее, тот, кто постоянно судился из-за лесных угодий — в средневековой Германии леса были предметом долгих тяжб между общинами и феодалами.

Модель образования — чисто немецкая, без русских суффиксов. Фамилия относится к группе так называемых «говорящих» прозвищ, которые закрепились как родовые имена в XV–XVII веках. В отличие от фамилий, оканчивающихся на -ов или -ин, Грейнвальд не адаптировался к восточнославянской грамматике: его склоняют по правилам немецких фамилий в русском языке (Грейнвальда, Грейнвальду). Это указывает на относительно позднее появление фамилии в России, скорее всего, в XVIII–XIX веках, в период приглашения немецких колонистов, специалистов и военных.

Однокоренных русских фамилий у Грейнвальда нет, но в немецком ономастиконе есть похожие: Грейнер (от того же grein) и Вальд (от Wald). Встречается и вариант Грейвальд, где первая часть могла переосмыслиться как «серый» (grau), что меняет смысл на «серый лес». Однако для формы Грейнвальд версия с «серым» менее убедительна — в немецких диалектах grein и grau чётко различаются.

Географически фамилия тяготеет к югу Германии — Баварии, Баден-Вюртембергу, а также к Австрии. В России носители Грейнвальд встречаются в основном в Поволжье и Сибири, куда переселялись немецкие колонисты. Сословно предки могли быть как крестьянами-земледельцами, так и ремесленниками или лесничими — точных данных нет, но сама фамилия не дворянская, а скорее бюргерская или крестьянская.