Фамилия Пламеневская образована по одной из самых продуктивных моделей русского ономастикона — с помощью суффикса -ск-, указывающего на принадлежность к чему-либо или происхождение от географического названия. Основа здесь — «Пламенев» или «Пламенево», то есть фамилия почти наверняка происходит от названия населённого пункта: деревни, села или усадьбы Пламенево. Такие фамилии в XIX веке часто получали дворяне, духовенство или выходцы из этих мест.

Корень «пламен-» восходит к слову «пламя». В топонимике названия вроде Пламенево могли возникнуть от прозвища или фамилии первопоселенца — человека по прозвищу Пламень. В народной речи «пламень» нередко означало не только огонь, но и горячий, вспыльчивый характер. Встречается и другая версия: в некоторых говорах «пламенный» — «родной по матери», «единокровный» (от «пламя» в значении «род, племя»). В этом случае Пламеневские могли быть потомками человека, которого прозвали Пламенем за родственную связь или за темперамент.

Суффикс -евск- указывает на то, что исходная фамилия Пламенев (с притяжательным суффиксом -ев) была переоформлена в «дворянский» формат на -ский. Такая замена — типичный признак фамилий, которые появлялись у семинаристов при поступлении в духовные училища: им часто меняли бытовые фамилии на более благозвучные, «книжные». Пламеневская могла возникнуть именно в духовной среде как искусственное образование от той же основы, что и Пламенев, но с «облагораживающим» суффиксом.

Географически фамилия редкая. В дореволюционных метрических книгах и переписях она встречается в центральных губерниях России, особенно в Московской и Тверской, где есть несколько урочищ с названием Пламенево. В советское время фамилия не исчезла, но осталась малочисленной — носители живут в основном в городах Центральной России и на Урале.

Однокоренные фамилии — Пламенев, Пламенный, Пламенов — встречаются чаще и имеют ту же основу. Пламеневская стоит несколько особняком: её форма на -ская выдаёт либо дворянское происхождение (пусть и мелкопоместное), либо искусственное семинарское образование. Точно определить сословную принадлежность предков без генеалогического поиска сложно, но сама модель подсказывает: предки либо владели землёй в Пламеневе, либо получили фамилию при поступлении в семинарию.