Фамилия Полонський — характерный пример фамилии на -ский, указывающей на географическое происхождение. Такие фамилии в славянской традиции чаще всего получали дворяне по названию своих владений или выходцы из определённой местности. Основа здесь — топоним Полонное (или Полонь, Полона), которых на восточнославянских землях несколько. Самый известный — город Полонное на Хмельнитчине (историческая Волынь), известный с XII века. Соответственно, Полонський — это буквально «тот, кто из Полонного». Украинская форма фамилии (с -ський) указывает на западнорусское или малороссийское происхождение, в отличие от великорусского варианта Полонский.

Модель образования типична для польско-литовской и украинской шляхты: к названию местечка или села добавлялся суффикс принадлежности -ск-/-цк-, и окончание -ий. В Речи Посполитой такие фамилии закреплялись за мелкими землевладельцами, которые брали имя от своего имения. Поэтому предок Полонського мог быть небогатым шляхтичем, владевшим участком в окрестностях Полонного, или же переселенцем, которого записали «по месту выхода».

Встречается и другой, более редкий корень — от слова «полон» (плен). В этом случае фамилия могла возникнуть как прозвище человека, бывшего в плену, или того, кто занимался выкупом пленных. Но эта версия менее вероятна: для прозвищного происхождения типичнее суффиксы -ов/-ев или -ин (Полонов, Полонин), а не -ский. Так что географическая привязка остаётся основной.

В XIX веке фамилия была распространена среди киевских и подольских мещан и казаков, а также встречалась у духовенства — в семинариях ученикам часто давали искусственные фамилии по названиям сёл, чтобы отличать однофамильцев. В целом Полонський — фамилия, которая прямо говорит о корнях её носителя: где-то на западе Украины, в районе древнего Полонного, жил человек, чьё имя закрепилось за потомками.