Фамилия Вильховатская — редкий пример топонимической фамилии с польским или западнорусским корнем. Её основа — не имя и не прозвище, а географическое название, что указывает на происхождение предка из конкретного места. Суффикс -ск-/-цк- в женской форме -ская типичен для дворянских и шляхетских фамилий, образованных от названий имений, сел или усадеб: человек, владевший или живший в таком месте, получал фамилию по его имени.

Корень «Вильховат-» восходит к слову «вильха» — это польское и белорусское название ольхи (по-русски «ольха», по-польски «olcha», но в диалектах «wilcha»). Форма «Вильховатый» означает «ольховый», «поросший ольхой» или «относящийся к ольхе». Так могли назвать село, хутор или урочище, где росло много ольхи. В Польше и на западе современной Беларуси встречаются топонимы вроде Вильхово, Вильхова, Вильховатка. Фамилия Вильховатский (а Вильховатская — её женский вариант) закрепилась за выходцем из такого поселения.

Интересно, что окончание -ат- в основе указывает на признак: «вильховатый» — буквально «ольховатый», то есть место, обильное ольхой. Это словообразовательная модель, характерная для восточнославянских говоров (сравните «болотистый» от «болото»). Поэтому версия о польском происхождении не единственная: фамилия могла возникнуть и в среде русских или украинских переселенцев, которые адаптировали польский топоним.

Сословная принадлежность носителей фамилии Вильховатский неоднозначна. Суффикс -ский часто встречается у польской шляхты, но в Российской империи такие фамилии давали и духовенству, и мещанам, и даже крестьянам, переселившимся из западных губерний. Поскольку фамилия редкая, её география, скорее всего, ограничена западными регионами бывшей Речи Посполитой — современными Беларусью, Польшей, а также Литвой.

В написании возможны варианты: Вильховатская, Вильховатский, Вильховацкая (с ц вместо т перед к — диалектное произношение). Корень «вильх-» роднит её с фамилиями Вильховский, Вильхович, Ольховский, но Вильховатская стоит особняком из-за редкого суффикса -ат-, который подчёркивает именно качество местности, а не просто принадлежность к ней.