Фамилия Люксембург — редкий для русского ономастикона случай, когда топоним (название государства и исторической области в Западной Европе) стал наследственным прозванием. В отличие от подавляющего большинства русских фамилий, образованных от крестильных имён, прозвищ или профессий, Люксембург не имеет славянской основы и не содержит привычных суффиксов -ов, -ин, -ский. Это чистая топонимическая фамилия, которая попала в Россию через еврейские семьи.

Основная волна появления фамилии Люксембург в Российской империи связана с еврейским населением западных губерний. В конце XVIII — XIX веке, после разделов Польши, на этих территориях ввели обязательную фиксацию фамилий для евреев. Часто им давали фамилии по названиям городов и стран, откуда происходила семья или с которыми у неё были торговые связи. «Люксембург» в таком контексте — указание на географическое происхождение предка из Великого Герцогства Люксембург или из одноимённого города. Важно понимать: это не означало, что человек был подданным герцога; скорее, фамилия фиксировала память о миграции предков через несколько поколений.

Встречается и вторая, более редкая версия, связанная с немецкоязычными переселенцами. В XVIII веке, при Екатерине II, в Россию приглашали колонистов из германских земель, в том числе из региона Люксембург. Фамилия могла закрепиться за семьёй такого колониста, особенно если он был ремесленником или крестьянином. Однако в среде российских немцев фамилия Люксембург встречается значительно реже, чем у еврейского населения, и почти всегда в написании с буквой «г» на конце — Luxembourg.

Словообразовательная модель здесь прозрачна: фамилия восходит к древневерхненемецкому Lucilinburhuc — «маленький замок» или «малая крепость». Таким образом, этимологически фамилия означает «человек из места, называемого Малая крепость». Никакой дополнительной морфологии (суффиксов принадлежности) в русском бытовании фамилия не получила, что делает её своеобразным «иностранным вкраплением» в русский фамильный список.

С точки зрения сословной принадлежности, фамилия Люксембург не указывает на дворянство или духовенство. Она бытовала преимущественно среди мещан, купцов и ремесленников еврейского происхождения. Самая известная носительница — Роза Люксембург — была деятельницей польского и немецкого рабочего движения, но её фамилия — не исключение, а типичный пример ашкеназской топонимической фамилии, которую, по некоторым данным, носили её предки, выходцы из Люксембурга. В современной России фамилия остаётся малочисленной и воспринимается как книжная, «европейская», хотя её носители — уже давно русские люди.