Фамилия Житомирский — типичный пример топонимической фамилии, то есть образованной от названия географического пункта. В данном случае это город Житомир. Основатель рода Житомирских, скорее всего, был выходцем из этого города и получил прозвание по месту прежнего жительства.

Словообразовательная модель здесь прозрачна: к основе «Житомир-» добавлен суффикс -ск-, характерный для фамилий знати и духовенства в XVIII–XIX веках. Однако в реальности фамилии на -ский могли носить не только дворяне, но и мещане, а также крестьяне, переселившиеся из другого города или села. В случае с Житомирским суффикс указывает на связь с местом, а не на сословную принадлежность.

Сам Житомир — один из древнейших городов Древнерусского государства. Согласно летописной традиции, его основание относят к 884 году. Название города, по распространённой легенде, связывают с именем дружинника князей Аскольда и Дира — некоего Житомира. С точки зрения исторической ономастики, это народная этимология: скорее всего, в основе лежит славянское личное имя с корнем «жито» (хлеб, зерно) или «жить», а вторая часть — «мир».

Интересно, что в древности Житомир был центром расселения племени житичей, входивших в союз древлян. Таким образом, фамилия косвенно отсылает к древнему племенному имени, хотя напрямую связана именно с городом.

Фамилия Житомирский нередко встречается у еврейского населения Российской империи, так как Житомир входил в черту оседлости и был крупным торговым и культурным центром. В этом случае фамилия могла быть присвоена при переписях конца XVIII — начала XIX века по месту рождения или жительства. Поэтому у носителей фамилии могут быть как славянские, так и еврейские корни — и те и другие объясняются одной логикой: человек родом из Житомира.

Сравните с однокоренными фамилиями: Житомирцев (с суффиксом -ев, указывающим на принадлежность к общине города), Житомир (без суффикса, редкий вариант). Житомирский — самая распространённая форма, закрепившаяся в документах именно благодаря суффиксу -ский, который в XVIII веке стал стандартным для «географических» фамилий.