Фамилия Павенський — редкая и географически привязанная к западным землям бывшей Речи Посполитой. Её основа и суффикс указывают на польское или украинское происхождение, причём почти наверняка шляхетское.

Корень «Павен-» (или «Павень») в славянских языках чаще всего восходит к имени Павел. Но форма нестандартна: не Павловский и не Павенко, а именно Павенський. Это значит, что фамилия образована не напрямую от имени, а от топонима — названия села или местечка. На территории современной Украины и восточной Польши существовали населённые пункты с корнем «Пав-» (например, Павлов, Павловка), но звучание «Павень» встречается редко. Вероятнее всего, предок носителя фамилии владел или жил в имении, которое называли Павень, Павенка, Павени. Суффикс -ський (польск. -ski) как раз и прикреплялся к названию владения, указывая на принадлежность к нему: «тот, кто из Павеня».

Вторая версия, менее распространённая, связывает фамилию с прозвищем «Павень» — от диалектного глагола «павить» (медлить, мешкать) или от слова «пава» (самка павлина, гордая женщина). Но в таком случае мы бы ожидали суффикса -ов или -ин, а не -ський, ведь прозвищные фамилии в Польше и на Украине редко оформляли через «ский». Поэтому топонимическое объяснение надёжнее.

Исторически носители фамилии Павенський принадлежали к мелкой шляхте или однодворцам — сословию, которое в XVIII–XIX веках было распространено на Волыни, Подолье и в Галиции. После разделов Речи Посполитой многие такие семьи оказались в Российской империи, где их фамилии нередко русифицировали, меняя окончание на -ский. Встречается и вариант написания «Павенский» — без мягкого знака, что типично для русских документов.

Современные носители фамилии рассеяны: основная часть — в западных областях Украины (Львовская, Тернопольская), немного в Польше и среди потомков эмигрантов в США и Канаде. В центральной России фамилия практически не встречается.