Фамилия Павельский — один из примеров того, как польская или западнорусская модель образования фамилий на -ский наложилась на вполне понятную славянскую основу. В отличие от типичных русских фамилий на -ов/-ев, которые часто указывают на отца (чей сын), суффикс -ский в этой фамилии изначально мог иметь значение принадлежности к месту или роду, то есть отвечать на вопрос «откуда» или «из чьих».

Основа здесь — имя Павел, точнее, его производная форма Павель. В польском языке уменьшительным вариантом имени Paweł будет Pawełek или Pawełko, а в белорусском и украинском — Павель, Павлюк. Фамилия Павельский, скорее всего, образована от прозвища или отчества Павель (сын Павла), к которому добавили шляхетский суффикс -ский. Такой тип фамилий был особенно распространён на территории бывшей Речи Посполитой — в современной Западной Украине, Беларуси, Польше, а также среди польской шляхты, переселившейся в Россию.

Вторая, менее вероятная версия — топонимическое происхождение. Фамилию мог получить человек, владевший или живший в местечке с названием Павельск, Павлово или Павловка. Однако таких населённых пунктов с корнем «Павель» почти нет, что делает эту гипотезу слабой. Гораздо больше однокоренных фамилий, таких как Павловский, Павлюковский, Павленский, — и все они восходят к имени Павел, а не к географическим названиям.

Суффикс -ский в русском языке долгое время был признаком дворянского или духовного сословия. Однако Павельский — фамилия не настолько распространённая, чтобы однозначно приписать её к высшему сословию. Скорее всего, это фамилия польского или западнорусского мещанина или крестьянина, который получил её при переходе на фамилии в XIX веке, когда -ский стало массовым. Особенность написания — с мягким знаком (Павельский, а не Павелский) — подтверждает, что в основе лежит именно форма Павель, а не полное имя Павел.

Если искать региональную привязку, то наибольшая концентрация этой фамилии исторически фиксируется в западных губерниях Российской империи — Виленской, Гродненской, Волынской. В современной России она встречается редко, в основном как результат миграций. Носитель фамилии может быть потомком выходца из польско-литовских земель, чей предок носил уменьшительное имя Павель — то есть был «маленьким Павлом» или «Павлушей», что со временем закрепилось как родовое прозвище.