Фамилия Попаевская — редкий случай, когда женская форма закрепилась в качестве основной. В русской традиции фамилии на -ская/-цкая обычно указывают на дворянское или духовное происхождение, но в данном случае это скорее всего искусственное образование, возникшее в семинарской или канцелярской среде.

Основа фамилии — Попай, Попайка. Это не имя, а прозвище, образованное от слова «поп» (священник) с помощью уменьшительно-пренебрежительного суффикса -ай. В говорах «попай» могли называть сына попа, молодого или нерадивого священника, а также человека, который слишком часто упоминает попа или ходит в церковь. Прозвища такого типа встречаются в писцовых книгах XVI–XVII веков: Поп, Попко, Попай.

Суффикс -евск- в фамилии Попаевская указывает на притяжательное значение: «принадлежащий Попаю». Если бы фамилия была образована напрямую от прозвища Попай, она звучала бы как Попаев. Но форма на -ская — типично искусственная, книжная. Её могли дать в духовном училище или семинарии, где из фамилии отца или деда делали более благозвучный вариант для ученика. Например, сын крестьянина Попая становился Попаевским, а дочь или жена — Попаевской.

Географически фамилия тяготеет к западным и южным регионам бывшей Российской империи: Украина, Белоруссия, юг России. Там прозвища на -ай встречаются чаще: Шурай, Минай, Кузьмай. Встречается фамилия и у потомков польской шляхты, но в таком случае основа могла быть иной — от польского «popaść» (попасть) или личного имени.

Споров вокруг фамилии немного. Единственная альтернативная версия — связь с греческим именем Попайос (редкое в русской среде), но она не подтверждается ни источниками, ни частотностью. Прозвищное происхождение от «поп» гораздо правдоподобнее: оно объясняет и суффикс, и социальный контекст — фамилия возникла в среде, близкой к церкви, но не у высшего духовенства, а у причетников или детей священников низшего ранга.