Фамилия Ватолинская — женская форма фамилии Ватолинский, и её разбор сразу даёт ключ к происхождению. Суффикс -ск- указывает на типично дворянскую или шляхетскую модель образования: такие фамилии часто давали по названию имения, поместья или географического объекта. Мужская форма Ватолинский, в свою очередь, восходит к топониму — скорее всего, к названию села или урочища Ватолино, Ватолинское или Ватолинка. Такие названия в России встречаются, хотя и не массово: например, деревня Ватолино есть в Нижегородской области, а Ватолинский — хутор в Волгоградской области.

Основа фамилии — Ватол- — вызывает наибольший интерес. Это некалендарное, то есть не церковное, имя или прозвище. В русских говорах слово «ватола» означало «грубая ткань, дерюга», а также «одеяло из такой ткани». Отсюда прозвище Ватоля могли дать человеку, который ткал или торговал такой тканью, либо тому, кто носил одежду из грубого сукна — простоватому, небогатому крестьянину. В словаре В. Даля зафиксировано и слово «ватолить» в значении «пачкать, марать», что добавляет ещё один возможный оттенок прозвища — неряшливый человек.

Таким образом, цепочка выглядит так: прозвище или нецерковное имя Ватоля → его сыновья стали Ватолины (по патронимической модели на -ин) → от названия их владения (деревни Ватолино) образовалась фамилия Ватолинский, указывающая на принадлежность к этому месту. Носительница фамилии Ватолинская — потомок тех, кто владел землёй или жил в местности, названной по имени предка с прозвищем Ватоля. В отличие от массовых крестьянских фамилий на -ов, форма на -ский часто выдаёт более высокое социальное происхождение: мещан, духовенство или мелкопоместных дворян, получивших фамилию по своему поместью.