Фамилия Полюмберская — почти наверняка женская форма фамилии Полюмберский. Её редкость и необычное звучание сразу привлекают внимание: в ней нет славянского корня, который легко прочитывается, зато есть характерный книжный суффикс -ск- и окончание, типичное для дворянских или польских фамилий. Основа «Полюмбер» звучит как топоним — название места, от которого и образовали фамилию.

Скорее всего, фамилия происходит от названия населённого пункта. В Польше и в западных губерниях Российской империи (особенно на территории современной Украины и Беларуси) существовали местечки и фольварки с похожими названиями: например, Полюмбер или Полюмберг. В таком случае фамилия Полюмберский указывает на владельца земли или выходца из этого места. Суффикс -ск- в сочетании с окончанием -ий в мужском роде — классическая модель для польской шляхты и русского дворянства, образованная от географических названий. Женская форма Полюмберская, таким образом, могла принадлежать жене или дочери помещика.

Есть и другая, менее вероятная версия: основа могла быть искусственной или семинарской. В духовных училищах и семинариях XVIII—XIX веков ученикам нередко давали новые фамилии, образованные от латинских или греческих слов. «Полюмбер» может быть переосмыслением латинского plumbum (свинец) — например, через форму plumber (свинцовый, или, в ином прочтении, водопроводчик). Однако такая версия выглядит натянутой, так как для семинарских фамилий типичнее были бы формы вроде Плюмбергов или Плюмберских с прямым указанием на латинский корень.

Географически фамилия встречается крайне редко, в основном в записях XIX — начала XX века на территории бывшей Волынской, Подольской или Киевской губерний, что подтверждает её польско-украинское происхождение. Носители фамилии, скорее всего, принадлежали к мелкопоместной шляхте или к обедневшему дворянству, которое после разделов Речи Посполитой вошло в состав российского дворянства. В советское время фамилия почти исчезла из употребления или сохранилась в единичных семьях.

Таким образом, Полюмберская — это фамилия-топоним, указывающая на родовое гнездо в западных землях, с явным польским следом и дворянским оттенком.