Фамилия Клеманская — редкий случай, когда географическое прозвище почти наверняка перевешивает личное имя. Вопреки ожиданию, её основа — не французское «Клеман» (Clement), а польское или украинское название населённого пункта. Чаще всего фамилию связывают с селом Клеманувка (или Клемановка) на территории современной Украины или восточной Польши. Переселенец оттуда получал прозвище Клеманский, а его жена или дочь — Клеманская. Суффикс -ск- типичен для шляхетских и дворянских фамилий Речи Посполитой, но в XIX веке он массово распространился и среди крестьянства, когда по указу 1835 года бесфамильным жителям западных губерний давали фамилии по месту жительства.

Вторая, менее вероятная версия выводит фамилию из церковного имени Клемент (от лат. clemens — «милостивый, снисходительный»). В этом случае форма Клеманская — это притяжательное прилагательное от «Клеман» (народный вариант имени Клементий) с суффиксом -ск-, указывающим на принадлежность: «жена Клемана» или «дочь Клемана». Однако для русского ономастикона типичнее были бы фамилии Клементьев, Клементов или даже Клеманов. Форма на -ский наводит на мысль, что имя-основа попало в польскую или белорусскую среду, где -ский стало универсальным способом образования фамилий.

Географически фамилия Клеманская встречается редко и сосредоточена в западных регионах России и на Украине. В дореволюционных метрических книгах она фиксируется в Волынской и Подольской губерниях, что подтверждает её западнорусское происхождение. Носительницы этой фамилии в XIX веке — чаще всего крестьянки или мещанки, реже — дочери мелких чиновников, которые получили фамилию от отца, носившего прозвище по деревне.

Словообразовательно фамилия прозрачна: корень Клеман- и суффикс -ск- с окончанием -ая. Ударение, скорее всего, падает на второй слог: Клема́нская, хотя в разговорной речи возможен перенос на первый слог под влиянием имени Клеман. Важно не путать её с фамилией Клеменская (от имени Клементий) — разница в гласной «а» вместо «е» как раз и указывает на топонимический, а не личный источник.