Фамилия Цембровская — редкая, с прозрачной, но неочевидной основой. Она принадлежит к типичной модели польско-украинских и белорусских фамилий на -ский/-ская, которые указывали на принадлежность к местности или на происхождение из определённого имения.

В основе фамилии лежит топоним Цембра или Цембров. Такие названия встречаются в Польше (например, деревня Cembrów в Малопольском воеводстве) и в Западной Украине. Корень «цембр» восходит к польскому cąbr или cębr — «горбыль», «доска с корой», «необрезная доска». В переносном смысле так могли называть человека грубоватого или угловатого, но прямая связь фамилии именно с местом, а не с прозвищем, более правдоподобна: Цембровские — это потомки шляхты или крестьян, владевших землёй в окрестностях Цемброва.

Есть и вторая, менее популярная версия: от немецкого диалектного Zember (зимний) или Zimmer (комната, строение). Она объясняет фамилию через переселение ремесленников или колонистов (например, в Галицию при австрийском правлении). Но для фамилии с типичным славянским суффиксальным оформлением эта гипотеза слабее — немецкие основы обычно дают фамилии на -ер или -ман, а не на -ский.

По сословной принадлежности Цембровские в Российской империи чаще всего оказывались в списках мелкой шляхты (однодворцев) или крестьян западных губерний — Волынской, Подольской, Гродненской. В Польше до сих пор встречается фамилия Cembrowska, и её носители нередко ведут происхождение из окрестностей Лодзи или Кельце. Фамилия не распространена широко, что делает её хорошим маркером для генеалогического поиска — круг возможных предков очерчен довольно узко.