Фамилия Мажайская — женская форма фамилии Мажайский, и её разумнее разбирать именно в мужском варианте, так как основу закладывал предок-мужчина. В центре внимания здесь редкий и неочевидный корень. В отличие от фамилий на -ский, которые часто указывают на географическое происхождение (Тверской, Ростовский), случай Мажайского сложнее: топоним «Мажай» или «Можа́й» в современной России неочевиден, а прямое отождествление с городом Можайск — ошибка, которую часто допускают в бытовых объяснениях.

Словообразовательная модель проста: основа Мажай- плюс суффикс -ск- (указывающий на принадлежность к местности или роду) и окончание -ий. Суффикс -ск- в русских фамилиях дворянского и духовного происхождения встречался чаще, чем у крестьян, но это не жёсткое правило: на севере и в Сибири фамилии на -ский могли получить и выходцы из простонародья по месту жительства.

Куда ведёт корень? Самое правдоподобное объяснение — прозвище или топоним от слова «мазать» или «мазкий». В старых русских говорах «мажай» могло означать человека, который пачкается, марается в работе (например, маляр, гончар, печник) либо, в переносном смысле, неаккуратного, «размазню». Сравните с фамилиями Мазаев, Мазилов, Мазурин — все они восходят к той же глагольной основе. Версия с географическим названием слабее: существует деревня Мажайка в Мордовии и речка Мажайка в бассейне Оки, но эти названия, скорее всего, вторичны и произошли от того же прозвища, а не наоборот.

Более экзотическая, но лингвистически возможная гипотеза — связь с тюркским словом «мажа» (мозоль, нарост) или «мажа» в значении «повозка, телега» (ср. «мажара»). Однако в русском ономастиконе такие корни редки, и без документальных подтверждений (например, записи фамилии в татарских или башкирских переписных книгах) эта версия остаётся предположением. Реалистичнее держаться славянской основы: фамилия Мажайский/Мажайская — из числа тех, что образованы от прозвища по занятию или внешней черте, а не по названию известного города. Носительница этой фамилии может с уверенностью считать, что её предок был либо уроженцем небольшого селения Мажай (которое могло исчезнуть), либо человеком, чьё прозвище закрепилось по роду работы — маляра, гончара или печника.