Фамилия Литомирская — женская форма фамилии Литомирский, и её происхождение стоит искать в топонимике. Перед нами типичная «географическая» фамилия, образованная по модели «название места + суффикс -ск-», которая указывала на принадлежность человека к определённой местности или его происхождение оттуда. Владелец такой фамилии в прошлом, скорее всего, был связан с населённым пунктом под названием Литомирск или Литомир.

Основа «Литомир-» вызывает споры. Самое правдоподобное объяснение — это составное слово из двух славянских корней: «лит-» (от «литва», «литовец») и «-мир» (от «мир» в значении «община, спокойствие» или как часть древнерусских имён типа Владимир, Любомир). Таким образом, Литомир могло быть древним личным именем или прозвищем (сравните с именем Литомир, встречавшемся у чехов и поляков), которое затем перешло в название поселения. Менее вероятна, но возможна версия, что корень «лит-» связан с литьём или рекой Литавой, но в сочетании с «-мир» это выглядит искусственно для русской ономастики.

Фамилия Литомирская — редкая. Она не фиксируется в массовых списках дворянских родов, что говорит о её происхождении, скорее всего, из среды духовенства или крестьянства, получивших фамилию по месту жительства. Если предки были выходцами из села с похожим названием (например, Литомир в Польше или гипотетический Литомирск в западных губерниях Российской империи), то фамилия закрепилась за ними после отмены крепостного права или при переписях.

Особенность этой фамилии — её ярко выраженный «географический» суффикс -ск-, характерный для польской и западнорусской традиции. В отличие от фамилий на -ов/-ин, которые чаще давались по отцу или прозвищу, Литомирские — это потомки тех, кого в документах записывали как «из Литомира» или «Литомирский помещик». Сегодня носительницы фамилии могут встретиться в России, Беларуси и Украине, но в целом она остаётся штучной и нечастотной.