Фамилия Паустовская — женская форма, образованная от мужской фамилии Паустовский. Такие фамилии на -ский/-цкий в классической русской традиции (особенно в дворянской и интеллигентской среде) давали жёнам и дочерям. Сам же Паустовский — фамилия топонимическая: её получил человек, владевший или живший в населённом пункте с названием Паустово или Паустов.

Корень Пауст- неочевиден на первый взгляд. Самое вероятное объяснение — от прозвища или имени Пауст, которое могло быть вариантом имени Павел в его уменьшительной или просторечной форме (ср. Паулик, Пауша). В некоторых говорах «пауст» — диалектное слово, означающее «пустой, порожний» или даже «глупый» (от «пустой» в переносном смысле). В ономастике такие основы не редкость: прозвище по характеру или внешности давало жизнь целому гнезду фамилий — Паустов, Паустовский, Паустян.

Суффикс -ск- указывает на шляхетское или, шире, служилое происхождение. В XVII–XVIII веках фамилии на -ский носили в основном дворяне, духовенство и казацкая старшина. Однако к XIX веку эта модель распространилась и среди крестьян (особенно после отмены крепостного права), когда фамилии давали по названию деревни. Если предок был из села Паустово (такие есть в бывшей Псковской губернии, а также в Белоруссии), то его потомки могли стать Паустовскими.

Мужская форма Паустовский стала широко известна благодаря писателю Константину Георгиевичу Паустовскому. Его род, по семейным преданиям, происходил из запорожских казаков, а фамилия — от местечка Паустово на Украине (ныне в Киевской области). В таком случае географическая привязка оказывается точной: фамилия образована от реального топонима, что типично для украинской и польской традиции.

В современном русском языке фамилия Паустовская встречается редко, почти всегда как женская форма от Паустовского. Её носительницы, скорее всего, либо потомки писателя по женской линии, либо люди, чьи предки получили фамилию по месту жительства в одном из нескольких Паустовых на карте бывшей Российской империи.