Фамилия Варталевская сразу обращает на себя внимание суффиксом -ск-, который в русской ономастике почти всегда указывает на географическое происхождение или дворянское владение. Чаще всего такие фамилии образовывались от названий населённых пунктов, и Варталевская — не исключение. Основа «Варталев-» с большой вероятностью восходит к топониму, который мог звучать как Варталево, Варталов или Варталевка. Поиск таких названий в современных атласах и исторических картах не даёт однозначного результата — это может быть исчезнувшее село, хутор или усадьба, не сохранившаяся до наших дней.

Корень «Вартал-» — тёмный для русского уха, и здесь открывается пространство для версий. Первая и самая очевидная: фамилия имеет польские или западнорусские корни. В польском языке известно слово «wartał» (вариант «wartał» или «warta») — это может быть искажённое «warta» (стража, охрана) либо прозвище от «wartać» (вертеться, крутиться). В таком случае Варталевские могли вести род от человека, который нёс сторожевую службу или отличался непоседливым характером. Вторая версия — армянская. Фамилия Варталевская может быть русифицированной формой от армянской фамилии Вартанян или Вартанов, где корень «варт» означает «роза». Через суффикс -ев- и окончание -ская она приобрела типично польско-шляхетское звучание.

Женская форма фамилии (на -ская) не должна вводить в заблуждение: в русской традиции она принадлежит и мужчинам (Варталевский), и женщинам (Варталевская). Такая модель особенно характерна для бывшей Речи Посполитой, где дворянство активно использовало «гербовый» суффикс -ский. Если предки Варталевских были шляхтичами, фамилия могла закрепиться за целым родом, владевшим имением Варталево. Если же предки происходили из крестьян или мещан, то -ский мог появиться при переходе на русское делопроизводство в XIX веке, когда многим давали фамилии по месту жительства.

Интересна и орфографическая особенность: фамилия пишется через «а» (Варталевская), а не через «о» (Ворталевская). Это говорит о том, что в основе лежало имя или название с твёрдым «а», а не с редуцированным «о». Встречаются варианты Варталовская и Варталевский, но написание с «е» в суффиксе (-ев-) встречается чаще и указывает на притяжательное значение: «принадлежащий Варталу» — то есть человеку по имени Вартал (возможно, уменьшительная форма от Вартан или Варфоломей). Таким образом, фамилия Варталевская — это либо топонимический след от утраченного поселения, либо память о прозвище предка-сторожа, либо русифицированный армянский род. Каждая из версий имеет право на жизнь, и точный ответ может дать только генеалогическое исследование по конкретной семье.