Фамилия Пахомовский принадлежит к распространённому типу русских фамилий на -ский. Этот суффикс изначально указывал на происхождение человека из определённой местности или на принадлежность к владельцу поместья. В отличие от простых фамилий на -ов (Пахомов), форма на -ский часто встречалась у дворянства, духовенства и выходцев из западных земель, где такие фамилии были нормой.

Основа фамилии — имя Пахом. Это разговорная форма канонического крестильного имени Пахомий (от греческого «пахос» — толстый, плотный, или «пахис» — широкоплечий). В святцах имя связывают с преподобным Пахомием Великим, основателем общежительного монашества в Египте. Таким образом, Пахомовский — это не просто «сын Пахома» (как Пахомов), а скорее «выходец из места, где жили Пахомы» или «потомок Пахома, получивший фамилию по земле».

Самая вероятная версия происхождения — топонимическая. Фамилию мог получить человек, переселившийся из деревни или хутора с названием Пахомово, Пахомовка или Пахомовский. Таких селений много в центральной России, особенно в Тверской, Ярославской и Костромской областях. При переезде в город или другую губернию выходцу давали фамилию по прежнему месту жительства — так возникали Пахомовские.

Вторая версия связана с искусственным происхождением. В семинарской среде XIX века было принято образовывать фамилии от имён святых. Будущий священник по имени Пахом мог получить фамилию Пахомовский при поступлении в духовное училище. Такой способ делал фамилию более благозвучной и «учёной» по сравнению с крестьянским Пахомовым.

Написание фамилии с двойным «с» (Пахомовский, а не Пахомовский) — норма для фамилий на -ский, где суффикс присоединяется к основе, оканчивающейся на «в». В дореволюционных документах встречается и вариант Пахомовской, что отражает старую форму родительного падежа («чей?» — Пахомовского).

Однокоренные фамилии — Пахомов, Пахомовцев, Пахомкин, Пахомычев. Все они восходят к одному и тому же имени, но различаются по способу образования. Пахомовский — самая поздняя и «географическая» из них, указывающая не на родство, а на место.