Фамилия Польшенский — редкий случай, когда географическая привязка почти очевидна, но не единственна. Основа здесь — «польш-», и первое, что приходит в голову: связь с Польшей. Однако в русской ономастике прямая фамилия от названия страны — большая редкость. Чаще всего такие фамилии образовывались от прозвищ, которые давали человеку, побывавшему в Польше, торговавшему с поляками или говорившему с польским акцентом. «Польша» или «Польшак» — так могли окрестить выходца из западных земель или того, кто перенял польские обычаи.

Суффикс «-ский» типичен для фамилий шляхетского или дворянского происхождения, но в России его активно использовали и крестьяне, особенно в западных губерниях, где польское влияние было сильным. Вполне возможно, что Польшенский — это переоформленная польская фамилия типа «Польски» или «Польский», адаптированная под русскую огласовку. Ещё одна версия — топонимическая: на территории бывшей Речи Посполитой существовали деревни и урочища с названием Польша или Польское. Переселенец из такого места мог получить фамилию по названию родной земли.

Словообразовательная модель проста: корень «польш-» + суффикс «-енск-» (вариант «-ск-» с наращением) + окончание «-ий». Такая конструкция встречается в фамилиях, образованных от названий населённых пунктов на «-но», «-ово» или «-ево», но здесь основа — не топоним, а этноним. Поэтому наиболее правдоподобно, что предок носителя фамилии получил прозвище «Польша» или «Польшак», а его потомки стали Польшенскими.

Встречаемость фамилии крайне низкая. В современных базах данных она фиксируется эпизодически, преимущественно в центральных и южных регионах России, а также в Беларуси. Это говорит о том, что фамилия не имела массового распространения и, скорее всего, возникла в одной локальной группе, возможно, среди однодворцев или мелкопоместной шляхты, которая после разделов Польши оказалась в составе Российской империи.