Фамилия Павлоградская — редкий пример фамилии, образованной не от личного имени или прозвища, а напрямую от названия города. В основе лежит прозвище Павлоградский, которое закрепилось за уроженцем города Павлограда. Такой тип фамилий ономасты называют «топонимическими»: их давали человеку, который переезжал на новое место, чтобы указать, откуда он родом. Соседи говорили: «вот приехал павлоградский», и это прозвище со временем становилось фамилией для его детей и внуков.

Павлоград расположен в Днепропетровской области Украины, на реке Волчьей. История города коротка, но насыщенна: его основал в 1778 году запорожский казак Матвей Хижняк, а статус города поселение получило уже в 1784 году. Название дали в честь императора Павла I — в ту пору это был жест лояльности новой власти. Город быстро рос: в нём развивались земледелие, коневодство, кустарные промыслы, шла бойкая торговля скотом и зерном. К 1848 году в Павлограде работали пять салотопных и два кожевенных завода, табачная фабрика и другие предприятия. К концу XIX века город превратился в крупный центр торговли мукой и зерном — отсюда хлеб отправляли даже в Стамбул и Лондон.

Суффикс -ск- в фамилии Павлоградская указывает на притяжательное значение: «относящийся к Павлограду». Такая модель характерна для фамилий, которые возникали в среде духовенства и дворянства, но в случае с Павлоградскими мы, скорее всего, имеем дело с крестьянской или казацкой фамилией: в XVIII–XIX веках переселенцы часто получали фамилии по месту выхода. Женская форма Павлоградская — естественное окончание для фамилий на -ский/-ская, которые склоняются по правилам прилагательных.

Стоит учесть один нюанс: фамилия могла возникнуть не только у уроженца самого Павлограда, но и у человека, владевшего землёй в этих краях или служившего в Павлоградском полку. В русской армии существовал Павлоградский гусарский полк, сформированный в конце XVIII века, и солдаты или офицеры, вышедшие в отставку, могли получить прозвище по месту службы. Однако эта версия менее вероятна: топонимические фамилии в подавляющем большинстве случаев указывают именно на происхождение человека.

В написании фамилии встречается вариант Павлоградская с одной «с» — это следствие того, что в устной речи двойная согласная часто редуцируется. На письме же закрепилась форма с двумя «с», соответствующая названию города.