Фамилия Кагорлитский — редкий случай, когда географическое название почти наверняка перешло в фамилию без промежуточного прозвища. Её основа — топоним Кагорлик или Кагорлык, который встречается на юге России и Украины. Скорее всего, речь о селе Кагарлык (исторически — Кагорлык) в Одесской области или о реке Кагарлык в Крыму. Суффикс -ский в таких фамилиях типичен для польской и малороссийской (украинской) традиции: он указывал на принадлежность к местности или владение ею. Дворяне и шляхта часто получали фамилии по названию своих имений, но носителями -ских фамилий могли быть и крестьяне, переселившиеся из одного села в другое.

Слово «кагарлык» тюркского происхождения. В крымскотатарском и ногайском языках «къагъарлыкъ» означает «черный тополь» или «осокорь». Такое название могли дать реке или урочищу, где росли эти деревья. Вторая версия, менее вероятная, — от тюркского «кагыр» (гнев, ярость) с суффиксом -лык, что дало бы «гневливое место». Но первая версия поддерживается тем, что топонимы с корнем «кагар» (Кагарлык, Кагарлыцкое) зафиксированы именно в степной зоне, где осокорь — характерное дерево.

Фамилия Кагорлитский — искусственного книжного типа. Она не возникла стихийно в крестьянской среде, где преобладали фамилии на -ов/-ев или -ин. Её носителями, скорее всего, были потомки казацкой старшины, мелкопоместной шляхты или духовенства, получившие фамилию при переходе на русскую гражданскую службу или при записи в метрические книги. Вариант с -итский (а не -ицкий) — редкий; возможно, это описка писаря или местное произношение, закрепившееся в документах.

Поскольку фамилия штучная, её география узкая. Основной ареал — юг Украины (Одесская, Николаевская области) и прилегающие регионы России. Встречаемость крайне низкая: в современных телефонных справочниках и базах данных — единичные случаи. Это значит, что большинство носителей, вероятно, происходят из одного или двух родов, разошедшихся по стране в XIX–XX веках.

Если сравнивать с однокоренными фамилиями: Кагарлицкий (с буквой «а» в корне) встречается чаще, и именно она считается нормативной для топонима. Кагорлитский — фонетический вариант, возникший, вероятно, под влиянием акающего говора (как «Кагорлык» вместо «Кагарлык»). В дореволюционных документах можно найти обе формы.