Фамилия Затомская — редкая и географически привязанная. Её основа — топоним, то есть название места. Скорее всего, предок носителя этой фамилии был выходцем из населённого пункта с названием Затом или Затомье, либо владел землёй в такой местности.

Суффикс -ск- указывает на типично дворянскую или шляхетскую модель образования: так называли помещиков по названию их вотчины. Однако в XIX веке такие фамилии могли получить и духовенство, и крестьяне, переселившиеся из деревни с соответствующим названием. Форма Затомская — женская; мужской вариант — Затомский.

Корень -том- в этом контексте не связан с городом Томском. Скорее всего, он восходит к диалектному слову «том» — топь, болото, трясина (ср. с названием реки Томь, которое тоже имеет финно-угорские корни со значением «тёмная, болотистая»). Приставка за- указывает на положение «за томью», то есть за болотистой местностью. Таким образом, «Затомский» — это человек, живший за болотом или за топким местом.

Версия о происхождении от прозвища «Затома» (человек, который «затомил», то есть утомил, замучил) менее вероятна — такие прозвища редко давали устойчивые фамилии с суффиксом -ск-.

Фамилия встречается в основном в центральных областях России, единично — на Урале. В дореволюционных источниках её носители — чаще всего священнослужители и мещане, реже — дворяне. Точных сведений о знаменитых однофамильцах нет: фамилия осталась локальной и малочисленной.