Фамилия Матерновская — женская форма от Матерновский, и её разбор стоит начать не с корня, а с модели образования. Типичный «географический» суффикс -ский/-цкий указывает, что фамилия чаще всего происходит от названия места, где жил или откуда был родом первый носитель. В основе лежит топоним вроде Матерново, Матерна или Матерновка. Такие названия могли возникнуть от прозвища или имени Матерный, Матерн.

Самая вероятная версия — отчество от прозвища Матерный. В русских говорах слово «матерный» имело два полюса значений: с одной стороны, грубый, сквернословящий (от «матерщина»), с другой — умелый, опытный, «матёрый» (от «матерый» — зрелый, крепкий, бывалый). Второе значение — более древнее и нейтральное, и именно его стоит считать основным для прозвища. Матерным могли назвать человека сильного, знающего, «тертого жизнью», а не обязательно ругателя.

Существует и гипотеза о польском или западнорусском следе. В польском языке есть слово «maciernisty» (материнский, родной) и фамилии типа Macierniewski. Если фамилия пришла с западных территорий (Беларусь, Украина, Польша), её основа могла быть связана с «матерня» — материнское наследство, имущество матери. Тогда Матерновский — это человек, владеющий материнским наделом, или потомок по материнской линии.

Фамилия редкая, не входит в сотни самых распространённых. Встречается в основном на западе России, в Беларуси и на Украине, что косвенно подтверждает её западнорусское или польское происхождение. Ударение, судя по типовой модели, падает на второй слог: Матерно́вская.

Благодаря суффиксу -ский фамилия могла принадлежать и дворянскому роду (шляхетская приставка), но в России такие фамилии давали и простым людям, особенно в западных губерниях, где -ский было массовым окончанием для фамилий духовенства, мещан и крестьян. Сословие предков без дополнительных документов установить нельзя.