Фамилия Томильская — это женская форма фамилии Томильский, и её разбор стоит начать с суффикса. Окончание -ский указывает на типичную польскую или западнорусскую модель образования. Такие фамилии часто носили представители шляхты или духовенства, а также крестьяне, переселившиеся из западных губерний Российской империи. В отличие от простых патронимов на -ов/-ин, фамилии на -ский обычно означали принадлежность к местности или родовому имению.

Основа фамилии — корень «Томил-». Самое вероятное происхождение — от неканонического имени Томило. В древнерусской ономастике это было распространённое личное имя, образованное от глагола «томить» (мучить, утомлять). Имя давали с пожеланием или, наоборот, как оберег. В словаре древнерусских имён С. Б. Веселовского встречается Томило — реальное историческое лицо, например, Томило Юрьев, дьяк XVI века. От этого имени пошли фамилии Томилов, Томилин, а форма Томильский могла возникнуть, когда к основе «Томил» добавили польский суффикс -ский, что характерно для фамилий, оформленных уже в XVIII–XIX веках.

Есть и другая версия, менее распространённая: фамилия могла произойти от топонима — названия населённого пункта вроде Томилово, Томильск. Если предки владели или жили в таком месте, их называли «томильские». Такие названия встречаются на территории современной Беларуси и Украины, где суффикс -ский особенно активен.

Географически фамилия Томильская редкая. Её носители чаще всего встречаются на западе России, в Беларуси и на Украине. В дореволюционных списках она фиксируется в Волынской и Минской губерниях. Сословно предки могли быть как мещанами, так и однодворцами, реже — дворянами, но массового дворянского рода с такой фамилией не известно.

Коротко: фамилия Томильская образована от имени Томило через польскую модель на -ский, что говорит о западном происхождении. Носительница этой фамилии может искать свои корни в среде, где смешались русские, белорусские и польские традиции имяобразования.