Фамилия Гржелевская — женская форма фамилии Гржелевский, а та, в свою очередь, восходит к топониму. В основе лежит польский корень «grzelać» или «grzać» — греть, топить. Однако напрямую с профессией истопника или печника это связано далеко не всегда.

Самый вероятный источник — название населённого пункта Гржелево (или Гржелев) на территории исторической Польши или Западной Украины. Таких сёл несколько, например, Гржелево в Мазовецком воеводстве. Фамилии на -ский/-цкий традиционно указывали на дворянское происхождение или владение землёй: «из Гржелева» или «гржелевский». В Речи Посполитой такая модель была распространена среди шляхты, а после разделов Польши перешла в обиход мещан и крестьян, переселявшихся из этих мест.

Есть и менее очевидная версия: прозвище Гржель мог получить человек, занимавшийся выжиганием угля или работой в кузнице — там, где нужен жар. Но для фамилии с суффиксом -евский первичен именно географический признак.

Написание с буквой «ж» (Гржелевская) — результат адаптации польского звука «rz» (читается как твёрдое «ж»). В русском языке фамилия сохранила исходное польское звучание, но потеряла диакритические знаки. Встречаются варианты Гржельовская или Гржелёвская, но они редки и связаны с местными диалектами.

В дореволюционной России носительницы этой фамилии чаще всего были из числа обедневшей шляхты или мещан западных губерний. После 1917 года фамилия распространилась шире — вместе с миграциями населения из Польши, Беларуси и Украины. Сегодня Гржелевские встречаются в основном в западных областях России, а также в Беларуси и на Украине.