Фамилия Мозгалевская — женская форма фамилии Мозгалевский, и её разговорный вариант Мозгалёвская встречается не реже. В основе лежит прозвище или мирское имя Мозгаль, а точнее — его местный вариант Мозгалёв. Суффикс -ск- (с ударением на «а» или «ё») указывает на то, что фамилия образована от географического названия: предок носителя получил её по месту жительства или владения землёй — из села или деревни, которые могли именоваться Мозгалёво, Мозгали или Мозгалевка.

Корень «мозг» в русских прозвищах многозначен. Мозгаль — это не обязательно человек с большим умом. Чаще так называли костлявого, худого человека (по аналогии с «кожа да кости», где мозг — внутренность кости), либо того, кто любил размышлять, «мозговать» — думать, прикидывать. В южнорусских и украинских говорах слово «мозгаль» могло означать также человека, который «мозжит» — ноет, пристаёт с одним и тем же. В любом случае прозвище давали по внешности или характеру, а не по профессии.

Наиболее вероятная география фамилии — западные и южные регионы бывшей Российской империи: Беларусь, Украина, Смоленщина, Брянщина. Именно там распространены фамилии на -ский/-цкий, образованные от названий небольших хуторов и сёл. В польской ономастике форма Mózgalewski также встречается, что связывает фамилию со шляхетской традицией — землевладельцы часто брали фамилию по названию поместья.

Сравните с однокоренными фамилиями: Мозгалев, Мозгалёв, Мозгалин, Мозголин. Все они восходят к тому же прозвищу, но Мозгалевская — самая «географическая» по модели образования. Если предки были крестьянами, фамилия могла закрепиться после отмены крепостного права, когда бывшим помещичьим крестьянам давали фамилии по названию деревни, в которой они жили.