Фамилия Хтоминский — редкий случай, когда географическая привязка почти наверняка перевешивает все остальные версии. Основа здесь — топоним, а не личное имя или прозвище.

Суффикс -ский указывает на происхождение от названия места. Чаще всего так образовывали фамилии дворяне и шляхта, но не только: крестьяне, переселившиеся из одной деревни в другую, тоже могли получить фамилию по покинутому селу. В случае Хтоминских корень «Хтом-» или «Хтомин-» ведет к названиям населенных пунктов в Западной Украине и Польше. Известны села Хтомин (Хтоминь) или урочища с похожим названием в Тернопольской и Хмельницкой областях. Также есть польский топоним Chomęc (Хтоменц), от которого через притяжательное прилагательное могла возникнуть форма «Хтоминский» — то есть «выходец из Хтомина».

Сам топоним, скорее всего, восходит к древнему славянскому личному имени Хотом (или Хотен), которое образовано от глагола «хотеть» — желать, стремиться. В древнерусских летописях встречается имя Хотен (например, Хотен Блудович в «Слове о полку Игореве»). Чередование «т/м» в корне (Хот- → Хтом-) — результат диалектного произношения или адаптации в польском языке (где chcieć — «хотеть», а Chotom — вариант того же корня). Таким образом, Хтомин — это, вероятно, поселение, основанное человеком по имени Хотом или Хотен.

Фамилия явно не массовая. Встречается в основном среди потомков выходцев с запада современной Украины, а также в польской диаспоре. В России и Беларуси она редка. Судя по модели, носители могли принадлежать к мелкой шляхте или к крестьянам, получившим фамилию по месту выхода после отмены крепостного права. Дворянского герба с такой фамилией в общих гербовниках не зафиксировано, что говорит скорее о непривилегированном происхождении большинства ветвей.

Единственное, что можно добавить: в некоторых говорах начальное «хт» могло появляться на месте «кт» или «тк» (ср. диалектное «хто» вместо «кто»), но в случае с Хтоминским это маловероятно — топонимическая версия надежнее и подтверждается реальными картами.