Фамилия Воронежская — типичный пример «географической» фамилии, образованной от названия города Воронеж. Её основа — прозвище или указание на место жительства: предка носителей фамилии могли называть Воронежским, если он родился, служил или долгое время жил в этом городе. Суффикс -ск- в таких фамилиях указывает на принадлежность к местности (сравните: Московский, Тверской), а окончание -ая — женская форма, которая закрепилась за женщинами или передавалась по документам, хотя изначально родовая фамилия звучала как Воронежский.

Сам Воронеж — один из первых южных укреплённых городов Московского государства, основанный в конце XVI века. Царский указ о его основании не сохранился, но запись в Разрядном приказе от 1585 года «об отписке рязанских бортных ухожьев и рыбных ловель новому городу Воронежу» доказывает, что город уже существовал в 1585 году. Именно эта дата считается официальным годом основания. Вместе с городом Ливны Воронеж стал форпостом, защищавшим придонские степи от набегов крымских и нагайских татар.

Происхождение названия города спорное. Наиболее вероятная версия: оно восходит к древнему славянскому имени Воронег (с ударением на последнем слоге) или к притяжательному прилагательному Воронеж (тоже с ударением на конце). Имя Воронег, скорее всего, связано со словом «ворон» или «вороной» (чёрный). Со временем ударение в названии города сместилось на второй слог, и связь с личным именем стёрлась. Таким образом, фамилия Воронежская в конечном счёте может восходить к прозвищу, образованному от цвета или птицы, но через цепочку: личное имя → название города → прозвище жителя → фамилия.

Русские фамилии на -ский, восходящие к географическим названиям, относятся к числу древнейших: некоторые прослеживаются уже в XV веке. Воронежская — сравнительно поздняя, так как сам город возник лишь в 1585 году. Это значит, что фамилия могла появиться не раньше середины — конца XVII века, когда потомки первых воронежских служилых людей, казаков или посадских начали оформлять прозвище в наследственное родовое имя.