Фамилия Хелимский — редкий случай, когда географическое происхождение почти очевидно, но не даёт однозначного ответа. Основа фамилии — топоним Хелим (или Хелима), а суффикс -ский указывает на связь с местом: такую модель в XIX веке активно использовали для обозначения выходцев из конкретного села, местечка или города. Вопрос в том, какой именно Хелим имеется в виду.

Самая вероятная версия ведёт к польскому топониму Chełm (Хелм). В русской передаче XIX века это название нередко записывали как «Хелим» или «Холм». Фамилия Хелимский могла возникнуть у уроженца города Хелм на юго-востоке Польши или у человека из села с похожим названием на территории современной Беларуси или Украины. Суффикс -ский типичен для шляхетских и мещанских фамилий Речи Посполитой, поэтому предок носителя, скорее всего, был не крестьянином, а человеком, чей статус требовал привязки к владению или месту жительства.

Менее распространённая версия связывает фамилию с личным именем Хелим — вариантом древнееврейского имени Хаим (жизнь). В еврейской среде Восточной Европы такие фамилии на -ский иногда давали по имени отца, но для еврейской ономастики XIX века гораздо характернее модель с -ович или -зон. Поэтому версия с топонимом выглядит убедительнее.

Фамилия Хелимский не относится к массовым, её носители встречаются в основном в России, на Украине и в Беларуси, а также в эмигрантских общинах. В дореволюционных источниках она фиксируется в Подольской и Волынской губерниях — как раз в зоне пограничья польского и восточнославянского влияния.

Особенность фамилии в том, что её написание устойчиво: вариант «Хелимский» почти не встречает конкуренции со стороны «Холмский» или «Хелмский», хотя географически они могли бы пересекаться. Это говорит о том, что фамилия закрепилась в письменной форме именно в том виде, в каком её записали при первом документировании.