Фамилия Полонска — это «географическая» фамилия, указывающая на выходца из местности с корнем «полон-». В русской ономастике это типичная фамилия-прозвище, образованная от названия населённого пункта или реки.

Основа фамилии — слово «Полонь» или «Полонск». В древнерусском языке «полон» означал «плен», но в топонимике это, скорее всего, искажённое «полонье» — заливной луг, пойма. На Руси было несколько сел с названием Полонное (современная Украина, Хмельницкая область) или Полонск (предположительно, в Смоленской или Псковской землях). Человек, переселившийся из такого места, получал прозвище «Полонский», а его потомки — фамилию Полонска.

Форма Полонска — женский вариант фамилии (как Иванова, Петрова), но в белорусской и украинской традиции окончание «-а» часто закреплялось как неизменяемая фамилия для всех членов семьи. Это говорит о том, что фамилия могла сформироваться на западнорусских землях, где суффикс «-ск(ий)» был распространён у шляхты и мещан.

Суффикс «-ск(ий)» указывает на принадлежность к месту, а не на отчество. В отличие от фамилий на «-ов», которые образовывались от имени отца, Полонска — «территориальная» фамилия. Её носители, скорее всего, были не крестьянами (у тех редко встречались фамилии на «-ский»), а служилыми людьми, духовенством или мещанами, которые переселялись и записывались по месту прежнего жительства.

Версия о связи с польским словом «polon» (поляк) маловероятна: для обозначения национальности в русском языке использовали суффикс «-як» (Поляк, Полюх), а не «-ск(ий)». Более правдоподобна связь с топонимом Полонное, который упоминается в летописях с XII века как город на Волыни.

Таким образом, фамилия Полонска — это относительно редкий женский вариант географической фамилии, закрепившийся в западнорусских землях. Её носительницы — потомки людей, чьи предки жили в местечке с названием, связанным с пойменными лугами или древним городом Полонное.