Фамилия Доголев образована от прозвища или нецерковного имени Догол. В русской ономастике эта модель встречается реже, чем патронимы на -ов от крестильных имён, поэтому её происхождение стоит искать в диалектной лексике или в искажённой форме другого слова.

Наиболее вероятная версия связывает основу с южнорусским или украинским диалектным словом «доголь» — так называли длинную палку, жердь, иногда — оглоблю. Прозвище Догол могли дать высокому и худому человеку, либо тому, кто работал с жердями — например, плотовщику, строителю изгородей или рыбаку, пользовавшемуся шестами. В говорах встречается и глагол «доголить» — оголить, обнажить, что могло относиться к лысому или бритому человеку.

Менее убедительна версия о связи с тюркскими корнями, например, с казахским «догал» (круглый, полный) — такие заимствования в центральных русских областях редки, а фамилия Доголев встречается в основном в Рязанской, Тамбовской и Воронежской областях, где тюркское влияние было слабее, чем на юго-востоке.

Фамилия сформировалась по стандартной модели: основа Догол- + суффикс -ев. Окончание -ев, а не -ов, указывает на то, что основа оканчивалась на мягкий согласный (в данном случае «ль»), что типично для прозвищ, образованных от существительных женского или общего рода, либо для имён с уменьшительным суффиксом.

Встречаются однокоренные фамилии Доголевский, Доголин, Доголь — все они редки и указывают на локальный характер прозвища. Носители фамилии Доголев в XIX веке чаще всего были государственными крестьянами, однодворцами или мещанами — то есть людьми, не принадлежавшими к дворянству, что подтверждает бытовое, а не книжное происхождение фамилии.