Фамилия Ваталинская — редкий случай, когда географическая основа почти наверняка перевешивает личную. Её окончание -ская прямо указывает на происхождение от названия местности: такую модель в дворянской и духовной среде давали тем, кто владел или служил при селе, деревне или усадьбе с корнем «Ваталин-». В крестьянской среде фамилии на -ский тоже встречались, но реже — их часто получали в семинариях или после отмены крепостного права при массовом «обфамиливании».

Основа фамилии — топоним Ваталино или Ваталинка. Такие названия есть в нескольких регионах: например, деревня Ваталино в бывшей Смоленской губернии, село Ваталинское в Вологодской области. Само название, скорее всего, пошло от прозвища или некалендарного имени Ватала. В русских говорах «ватала» — не только «большая ватага, толпа», но и прозвище нерасторопного или неуклюжего человека. Встречается и значение «валенок, катанка» — так могли назвать мастера по валянию шерсти. Учитывая, что фамилия образована через суффикс притяжательности -ин (Ваталин — «чей?» — сын или человек Ваталы), а уже от этого отчества — топоним, корень уходит именно в личное прозвище.

Интересна двойная ступень образования: сначала появилось отчество Ваталин (от прозвища Ватала), затем — название поселения (Ваталино, Ваталинка), и лишь потом — фамилия Ваталинская для выходца оттуда. Это отличает её от более прямых «Ваталиных», которые просто «сыновья Ваталы». Носитель фамилии Ваталинская — потомок либо помещика, владевшего деревней Ваталино, либо священника, получившего фамилию по месту службы, либо крестьянина, переселившегося в город и взявшего название родной деревни.

Встречаемость фамилии крайне низкая. Основной ареал — северо-запад России (Вологодская, Архангельская области) и отдельные семьи в Сибири, куда переселенцы увозили память о малой родине. Вариант написания с двумя «н» (Ваталлинская) почти не фиксируется — это ошибка, так как в основе одна «л».