Фамилия Воловельская стоит в ряду тех, что образованы не от имени или профессии напрямую, а от названия места, откуда родом был её первый носитель. Типичный «географический» суффикс -ск- указывает на дворянское или шляхетское происхождение: такие фамилии получали помещики по названию своего имения, а впоследствии — их потомки, переезжавшие в другие края. Мужской вариант — Воловельский, женский — Воловельская.

Основа фамилии — топоним Воловель. Скорее всего, это название небольшого населённого пункта, которого сегодня уже может не существовать на картах, или же искажённое название известного местечка. Самое вероятное объяснение — связь с селом Воловель (современное написание — Воло́вель) в нынешней Житомирской области Украины, исторически — на территории Речи Посполитой. В документах XVIII–XIX веков встречаются упоминания шляхтичей Воловельских, владевших землями в окрестностях Овруча и Коростеня.

Корень «Волов-» может восходить к слову «вол» — рабочее животное. В славянской ономастике прозвища от названий животных давали за силу, упрямство или медлительность. Однако для фамилии на -ский такое прямое прозвищное происхождение маловероятно: скорее, название села Воловель произошло от прозвища основателя (человек по прозвищу Вол, Воловий), и уже от этого села образовалась фамилия его владельцев. Вторая часть — «-ель» — могла быть уменьшительным или притяжательным суффиксальным элементом в древнерусских или западнорусских говорах.

Таким образом, предки носителей фамилии Воловельская, скорее всего, принадлежали к мелкопоместной шляхте Волынского или Киевского Полесья. В XIX веке, после разделов Польши, многие обедневшие шляхтичи переходили в мещанское или крестьянское сословие, но сохраняли фамилию. Встретить Воловельских сегодня можно не только на Украине, но и в России, Беларуси — следствие миграций конца XIX — начала XX века.

С точки зрения словообразования фамилия прозрачна: основа «Воловель-» + суффикс принадлежности «-ск-» + окончание. Ударение в ней, как и в большинстве польско-украинских фамилий на -ский, падает на предпоследний слог: Волове́льская. Вариант с ударением на первый слог (Во́ловельская) встречается реже и может быть результатом русификации.