Фамилия Невельской звучит как географическое название, и это не случайно. Она образована по той же модели, что и многие русские фамилии дворянского и духовного сословия: от названия места с помощью суффикса -ской (вариант -ский). Основа здесь — «Невель». Невель — это город в Псковской области (известен с XVI века) и одноимённое озеро. Человек, получивший фамилию Невельской, скорее всего, был выходцем из этих мест либо владел землями в Невельском уезде.

Модель на -ской типична для фамилий, которые в XVII–XIX веках закреплялись за дворянами по названию их вотчин или поместий. Однако не менее часто такие фамилии давали выпускникам духовных семинарий: им меняли фамилию на «благозвучную» по названию города, где находилась семинария, или по месту рождения. Поэтому Невельской мог быть как потомственным дворянином, так и сыном священника из-под Невеля, получившим «географическую» фамилию при поступлении в училище.

Сам топоним Невель имеет несколько версий происхождения. Самая вероятная — от финно-угорского слова, родственного эстонскому «nevel» (мель, отмель) или вепсскому «nevoi» (топь, болото). Другие исследователи связывают его с литовским «nevélti» (не везти, не удаваться) — название могло отражать неудобное для судоходства озеро. Менее убедительна версия о связи с русским «невелик» — скорее всего, это народное переосмысление уже готового названия.

Самая известная фигура с этой фамилией — адмирал Геннадий Иванович Невельской (1813–1876), исследователь Дальнего Востока. Его род ведёт начало от костромских дворян, и фамилия, по семейному преданию, была дана предку за службу после взятия Невеля в XVI веке. Но это лишь одна ветвь: в XIX веке в разных губерниях России встречались и мещане, и купцы Невельские, и даже крестьяне — фамилия не была исключительно дворянской.

В написании есть особенность: до реформы орфографии 1918 года фамилию часто писали как «Невельскій», а в быту встречался вариант «Невельский» (с одним «с»). Современная форма с двойным «с» и окончанием «-ой» закрепилась за потомками дворянского рода, хотя в паспортах многих носителей можно встретить и «Невельский».