Фамилия Протосовский — довольно редкая, и её происхождение не лежит на поверхности. Первое, что бросается в глаза, — суффикс -ск-. Он указывает на польское или украинское происхождение, где такие фамилии часто образовывались от названий местностей. Если принять эту версию, то в основе лежит топоним Протосов или Протосово. Такое название могло произойти от прозвища или имени Протос, а тот, в свою очередь, — от прилагательного «простой», но не в смысле «незамысловатый», а в значении «прямой», «открытый», «незнатного рода». В древнерусском языке «простой» означало «вольный», «свободный», что могло быть прозвищем крестьянина или казака.

Другая, менее вероятная гипотеза выводит фамилию из греческого церковного контекста. В православной иерархии есть чин «протос» — первое лицо в монастыре или среди духовенства. В таком случае Протосовский мог быть потомком человека, носившего прозвище Протос, или же фамилия образована от названия населённого пункта, где стояла церковь, посвящённая этому святому или чину. Однако греческая основа в сочетании с польским суффиксом -ский выглядит искусственно: скорее всего, перед нами именно славянская, а не византийская модель.

Примечательно, что фамилия не встречается среди дворянских родов, занесённых в родословные книги Российской империи. Это говорит о её позднем, скорее всего, крестьянском или мещанском происхождении. Носители Протосовских могли получить фамилию по месту жительства — например, выходцы из деревни Протосово (следы таких названий есть в исторических документах по Смоленской и Могилёвской губерниям). Ударение, вероятнее всего, падает на второй слог: Прото́совский, что типично для фамилий на -ский с основой на -ос.

Сравнение с однокоренными фамилиями — Протасов, Протасьев — ничего не даёт: они образованы от имени Протасий (из греческого «первый»), а Протосовский явно стоит особняком. В итоге наиболее правдоподобная версия — географическая: предок нынешних носителей был человеком из Протосова, а его прозвище закрепилось за родом.