Фамилия Угольная — редкий случай, когда женская форма фамилии стала основной и закрепилась в документах. В русской традиции фамилии на -ая, -ская почти всегда указывают на жену или дочь человека, носившего мужской вариант: Угольный. Но здесь, скорее всего, мы имеем дело с фамилией, которая изначально бытовала в форме прилагательного и не менялась по родам — такое встречается в южнорусских и украинских говорах, где фамилии на -ая могли даваться и мужчинам (как, например, Шевченко или Костомаров изначально были прозвищами-прилагательными).

Основа фамилии — «уголь». Самый прямой путь: предок занимался добычей или продажей угля. В центральной России и на Урале это мог быть углежог — человек, который выжигал древесный уголь для кузниц и металлургических заводов. В Донбассе или в Сибири — шахтёр или владелец угольной копи. Но есть и другая версия: прозвище Уголь могли дать человеку с очень тёмными, чёрными волосами или смуглой кожей. В старину «уголь» было ходовым сравнением для цвета — «чёрный как уголь».

Суффикс -н- в основе образует относительное прилагательное: угольный — то есть «относящийся к углю», «связанный с углём». Фамилии такого типа (на -ой, -ая, -ое) в русском языке немногочисленны и чаще всего принадлежали крестьянам или мещанам, у которых прозвище не успело обрасти стандартным суффиксом -ов или -ин. В некоторых переписях XIX века встречаются записи «Угольной» как вариант написания — через «о» на конце, что тоже указывает на прилагательное происхождение.

Географически фамилия Угольная встречается редко и рассредоточена: есть носители на Дону, в Курской области, на Урале и в Сибири. Встречается и украинский вариант — Вугольна, где приставка «в-» могла означать «в угле» (то есть живущий в угольном районе). Спорным остаётся, не могла ли фамилия образоваться от топонима — например, от названия деревни Угольная или речки Угольной, но таких географических объектов в России десятки, и установить, какой именно дал начало фамилии, без генеалогического исследования невозможно.