Фамилия Полуновская — вариант женского рода от Полуновский, и её происхождение напрямую связано с географическим названием. Основа фамилии — топоним Полуново или Полунов, а суффикс -ск- указывает на типичную модель образования для польской, украинской или белорусской шляхты, а также для русских дворянских фамилий по названию поместья. В русской традиции фамилии на -ский долгое время оставались привилегией знати, но к XIX веку распространились и среди духовенства, а позже — среди мещан и крестьян, получавших фамилии при переписях по месту рождения.

Название Полуново могло возникнуть от прозвища или имени Полун — сокращённой формы от Полуний или Полуночь. Есть и другая версия: в некоторых говорах «полуном» называли человека, родившегося в полдень или в полночь, либо того, кто работал в ночную смену. Однако правдоподобнее связь с рекой или болотистой местностью: в славянской гидронимии корень «пол-» иногда означал «открытое, полое место» (ср. полынья), а «-ун» — суффикс, образующий названия рек и ручьёв. Встречается и вариант, что Полуново — деревня, названная по фамилии первопоселенца Полунов.

Географически фамилия Полуновский/Полуновская чаще всего фиксируется на западе России, в Беларуси и на Украине. В польских источниках Полуновские упоминаются как шляхта герба Прус или Огоньчик, владевшая землями на Волыни и в Подляшье. В Российской империи носители фамилии встречались среди духовенства Киевской и Черниговской губерний — семинаристы нередко получали фамилии по названию села, откуда происходили.

Таким образом, Полуновская — фамилия, которая почти наверняка указывает на предка, владевшего землёй или жившего в населённом пункте с корнем Полун-. Если искать в современных адресных книгах, то самые старые записи о Полуновских относятся к Волынской губернии, где село Полуново существует до сих пор.