Фамилия Хелемская — это женская форма фамилии Хелемский. Она имеет географическое происхождение и образована по модели, типичной для польской и западнорусской шляхты: от названия населённого пункта с помощью суффикса -ский/-ская. Такой суффикс указывает на связь с местностью: «тот, кто родом из Хелема» или «владелец поместья Хелем».

Корень фамилии — «Хелем» — скорее всего, восходит к топониму Хелм (Chełm) — историческому городу на востоке современной Польши (в Люблинском воеводстве). В русской передаче название города нередко записывали как Холм или Хелм, а в еврейской традиции (среди ашкеназов) — как Хелем. Поэтому фамилия Хелемский могла возникнуть как у польских дворян, так и у еврейских семей, получивших фамилии по месту жительства в эпоху partitions Речи Посполитой.

В русском контексте фамилия Хелемская встречается редко и почти всегда указывает на женского носителя. Её мужской аналог — Хелемский — фиксируется в документах XIX–XX веков среди жителей западных губерний Российской империи (Волынской, Подольской, Киевской). Если ваши предки носили эту фамилию, они могли быть выходцами из местечка Хелм или его окрестностей, а сама фамилия закрепилась в период обязательного присвоения фамилий еврейскому населению в начале XIX века.

Словообразовательная модель проста: суффикс -ск- + окончание -ая. Ударение, по аналогии с большинством фамилий на -ский, падает на второй слог: Хеле́мская. Встречается также вариант Хелемска́я — с ударением на последний слог, но он менее распространён и может быть следствием диалектного произношения.