Фамилия Остроградская принадлежит к типу дворянских фамилий, образованных по географическому принципу, и звучит как типичная «топонимическая» фамилия на -ский/-ская. В основе лежит название населённого пункта — скорее всего, села или местечка Остроград (или Острогород). Таких топонимов на восточнославянских землях было несколько, и все они восходят к слову «острог» — укреплённое поселение, крепость. Таким образом, первый носитель фамилии был либо владельцем такого имения, либо выходцем из него.

Суффикс -ская указывает на женскую форму, но сама фамилия принадлежит дворянскому роду, где форма на -ский/-ская была нормой для всех членов семьи. В отличие от крестьянских фамилий на -ов/-ев, которые часто образовывались от имени или прозвища отца, «географические» фамилии на -ский в XVII–XIX веках закреплялись за шляхтой, духовенством и выслужившимся дворянством. Остроградские — не исключение: известный род этой фамилии имеет польско-украинские корни и вписан в родословные книги Малороссии.

Самая известная ветвь рода — потомки Михаила Остроградского, выходца из полтавского дворянства. Его сын, математик Михаил Васильевич Остроградский (1801–1862), сделал фамилию знаменитой в науке, но сама она появилась раньше. Исторически фамилия писалась и как Остроградский (мужская форма), и как Остроградская (женская), причём в старых документах встречается вариант через «о»: Остроградскій.

Если отбросить дворянскую ветвь, то у фамилии могло быть и более простое происхождение: в некоторых говорах «остроград» означало не просто крепость, а огороженный тын или частокол вокруг усадьбы. Но для фамилии Остроградская эта версия менее вероятна — слишком устойчива связь с конкретным родом, имевшим герб и поместья.

В современной России фамилия редкая, встречается в основном у потомков дворянства или людей, чьи предки переселились с Украины в XIX веке. В написании путаницы почти не бывает: двойное «с» в корне (Остроград) сохраняется, и единственный вариант — Остроградская, без альтернатив.