Фамилия Побеленская — редкий пример, где суффикс -ск- указывает не на польское или украинское происхождение (как чаще всего бывает), а на топонимическую основу, связанную с белорусскими или западнорусскими землями. В отличие от фамилий на -ов/-ев, которые образуются от имени отца, Побеленская происходит от названия населённого пункта. Вероятнее всего, в основе лежит топоним Побеленье, Побеленное или Побелино — такие деревни встречаются в Беларуси (например, Побеленье в Витебской области) и на Смоленщине. Корень «бел-» здесь, скорее всего, связан не с цветом, а с древним значением «белый, чистый, свободный от податей» или с гидронимом (река Белая, озеро Белое).

Модель образования типична для дворянских фамилий: владелец поместья или выходец из села Побеленского получал прозвание по месту жительства. Суффикс -ск- в XVIII–XIX веках активно использовался при оформлении фамилий духовенства и шляхты, но Побеленская не обязательно говорит о высоком сословии — крестьяне, переселившиеся из деревни, тоже могли получить такую фамилию при переписи.

Ударение, судя по аналогии с фамилиями на -енский (например, Побе́ленская или Побеленска́я), спорное. Встречаются оба варианта, но чаще ставят на второй слог: Побеле́нская. В дореволюционных документах фамилия могла писаться через «о» — Побеленская — или с двойной «н» (Побеленнская), если исходное название было Побеленное.

Интересная деталь: фамилия почти не встречается за пределами бывшей Могилёвской и Витебской губерний. Это указывает на локальное происхождение — предки, скорее всего, жили в одном уезде и не мигрировали далеко. Однофамильцы Побеленских из других регионов, скорее всего, не родственники, а результат случайного совпадения (например, прозвище «побеленный» — побеленный, выбеленный — могло дать ту же форму, но это редкий случай).