Фамилия Маремпольская — редкий случай, когда географическая основа очевидна, но сама топонимика ставит вопросы. Она образована по типичной модели от названия населённого пункта с помощью суффикса -ск- и окончания -ая, указывающего на женскую форму (мужской вариант — Маремпольский). Такие фамилии обычно получали дворяне по названию своего поместья или выходцы из определённого места, где эта фамилия закрепилась как родовая.

Ключевой элемент — «Маремполь». В русской ономастике известны фамилии на -польский, восходящие к городам с корнем «поль» (от греч. «полис» — город): Ставропольский, Тернопольский, Мариупольский. «Маремполь» — явно нестандартная форма. Самая вероятная версия — это искажённое или диалектное произношение названия «Мариуполь». В XIX веке в документах и народной речи «Мариуполь» нередко звучал как «Маремполь»: редукция гласных и замена «и» на «е» — типичное явление для южнорусских говоров. Тогда фамилия Маремпольская — вариант фамилии Мариупольская, указывающий на происхождение из этого приазовского города или его окрестностей.

Менее вероятная, но допустимая версия — связь с утраченным хутором или селом с названием Маремполь. В XIX веке на юге Российской империи (в Екатеринославской, Херсонской губерниях) существовали мелкие поселения греческих и немецких колонистов, названия которых не всегда фиксировались в официальных справочниках. Фамилия могла закрепиться за переселенцами из такого исчезнувшего населённого пункта.

Словообразовательный суффикс -ск- в женском роде (-ская) в XIX веке был маркером либо дворянского (польского или русского) происхождения, либо принадлежности к духовенству (семинарские фамилии). Однако для фамилии Маремпольская более вероятен «географический» путь: предок получил прозвание по месту жительства, а фамилия оформилась уже в следующих поколениях. Сословно это мог быть как мещанин, так и крестьянин из южных губерний, где такие «топонимические» фамилии были распространены шире, чем в центральной России. Ударение в фамилии, скорее всего, падает на второй слог: Маре́мпольская.