Фамилия Потолинский — довольно редкая, и её происхождение не лежит на поверхности. Скорее всего, она имеет искусственное, семинарское происхождение, то есть была образована в среде духовенства. В русских семинариях в XVIII–XIX веках было принято давать будущим священникам «благозвучные» фамилии, часто на -ский/-цкий, образованные от названий церковных праздников, икон или путём латинизации русских корней.

Корень «Потол» — самый загадочный. Сразу заметим: он не связан с русским словом «потолок». Вероятнее всего, это искажённая или переосмысленная основа. Самая правдоподобная версия ведёт к греческому слову «потамос» (ποταμός) — «река». В семинарской среде фамилии нередко калькировали с греческого: например, от «потамос» могли образовать Потамский, Потапов (от имени Потап, тоже греческого корня), а Потолинский — это более сложная, возможно, диалектная или книжная форма того же ряда. Тогда фамилия означает «речной» или «относящийся к реке».

Другая, менее вероятная версия — топонимическая. Фамилия могла возникнуть от названия населённого пункта вроде Потолино, Потоль или Потолицы. Такие названия встречаются в западных регионах бывшей Российской империи (современные Беларусь, Украина, Польша). Если предки Потолинского были выходцами из такой местности, то фамилия просто указывает на их «прописку»: «тот, кто из Потолина». Однако подтверждённых сёл с таким названием на картах мало, что делает эту версией слабее семинарской.

Суффикс -инский типичен для фамилий польского, украинского или белорусского происхождения, а также для уже упомянутого «семинарского» пласта. Он указывает на принадлежность или происхождение. В сочетании с редким корнем это даёт основание считать фамилию Потолинский искусственной или книжной, а не крестьянской прозвищной.

Сословно, если верна первая версия, носители фамилии — потомки священно- и церковнослужителей. Если верна вторая — выходцы из шляхты или крестьян западных губерний. Однозначно сказать трудно: фамилия нечастотна, и массовых генеалогических данных по ней нет. В любом случае, её происхождение уходит не в древнерусское прозвище, а в относительно позднюю (XVII–XIX века) традицию создания фамилий «по звучности» или «по месту».