Фамилия Осмолоский — редкая и по звучанию, и по способу образования. Скорее всего, перед нами не русская, а польская или украинская фамилия, записанная в русской транскрипции. Ударение, вероятно, падает на второй слог: Осмо́лоский.

В основе лежит слово «осмол» — это старый термин, который в разных говорах означал либо «обожжённое дерево», либо «смолистую древесину», либо человека, занимающегося смолокурением. Смолу в прошлом добывали повсеместно — она шла на пропитку лодок, канатов, для освещения. Прозвище Осмол могли дать смолокуру, торговцу смолой или человеку, который жил в лесу и гнал дёготь.

Суффикс -ский указывает на дворянское или шляхетское происхождение в польско-литовской традиции, либо на происхождение по названию места. Возможно, предок владел хутором или деревней с названием вроде Осмолы, Осмолово или Осмола. В Польше и на Западной Украине такие топонимы встречаются — например, село Осмолода в Ивано-Франковской области. Фамилия Осмолоский могла возникнуть как указание на выходца из такого места.

Украинский вариант фамилии — Осмоло́вський — тоже возможен, но запись через «о» и окончание «-ский» без мягкого знака типичнее для польской орфографии. Если фамилия встречается в российских архивах, её могли «обрусить», заменив окончание на более привычное русскому уху.

Встречаются и однокоренные фамилии: Осмоловский, Осмоленский, Осмольский. Осмолоский — более редкий вариант, возможно, результат ошибки писаря или местного произношения. Носители фамилии сегодня живут в основном в западных областях Украины, Беларуси и в Польше, а также среди потомков переселенцев в Сибири и на Дальнем Востоке.

Точных данных о сословной принадлежности Осмолоских нет, но, учитывая суффикс, это могли быть как мелкие шляхтичи, так и крестьяне, получившие фамилию по прозвищу при освобождении от крепостной зависимости.