Фамилия Гржелинская — женская форма фамилии Гржелинский. Её основа — польский или белорусский топоним Гжель (Grzela, Grzeli) либо производное от имени Гжегож (польский вариант имени Григорий). Но не всё так однозначно: в отличие от фамилий на -ский, образованных от названий городов и сел, здесь суффикс -инск-/-ынск- указывает на более узкую географическую привязку — к конкретному владению или усадьбе. Такая модель типична для шляхетских фамилий Речи Посполитой, где частица «з» (из) перед топонимом превращалась в фамилию на -ский: человек «з Гжеля» становился Гржелинским.

Корень «гржел-» восходит к польскому grzela — «греть» или «грелка», но в роли прозвища могло означать человека, который топит печи или занимается обжигом. Гораздо вероятнее, что фамилия связана с местностью: на карте Польши есть несколько сел с названием Гжель (Grzela, Grzeli), а в Беларуси — деревня Гржели. Носитель фамилии, скорее всего, происходил из мелкопоместной шляхты или зажиточных крестьян, получивших фамилию по названию родового гнезда.

Суффикс -инская, а не -ская, — характерная черта восточнославянской адаптации польских фамилий. В русском языке окончание -инская часто появлялось, когда исходный топоним оканчивался на -ин: например, Гржелин → Гржелинский. При этом фамилия Гржелинская встречается почти исключительно в западных регионах России и в Беларуси, что подтверждает её польско-литовские корни.

В XIX веке фамилию могли записать по-разному: Гржелинская, Гржелиньская, Гжелинская. Вариант с мягким знаком (Гржелиньская) выдает польское происхождение, а твёрдое написание — результат русификации. Сегодня фамилия редкая, её носители живут в основном в Брестской области Беларуси и в Смоленской области России.