Фамилия Долбаев образована от прозвища или нецерковного имени Долбай. Слово «долбай» в русских говорах имело два основных значения — `упрямый человек` и `нескладный, нерасторопный`. В словаре Владимира Даля «долбать» означает «долбить, колотить, стучать», а «долбай» — это тот, кто «долбит одно и то же», то есть настойчивый, иногда до назойливости. В основе, таким образом, лежит характеристика характера, а не ремесло.

Суффикс -ев указывает на принадлежность: Долбаев буквально значит «сын Долбая». Это типичная русская патронимическая модель, самая распространённая в центральных и северных регионах. В южных и восточных областях чаще встречается вариант Долбаев с ударением на последний слог, но в целом фамилия редкая и не входит в списки самых частых.

Исторически фамилия могла закрепиться за крестьянином или посадским человеком, которого в округе знали по прозвищу. Документальных упоминаний о дворянском роде Долбаевых нет — скорее всего, это фамилия крестьянского или мещанского происхождения. В переписных книгах XVII–XVIII веков встречаются отдельные записи о людях с именем Долбай, но систематических данных по географии фамилии в открытых источниках мало.

Стоит отметить, что фамилия Долбаев не связана с украинским или белорусским «довбати» (долбить), хотя корень общий. В русской ономастике она стоит в ряду с однокоренными Долбилов, Долбачев, Долбунов — все они образованы от глаголов со значением «долбить, бить». Однако Долбаев выделяется именно суффиксом -ай, который в древнерусском языке часто служил для образования прозвищ с оттенком действия или свойства: Болтай, Ломай, Стреляй. Это делает фамилию характерной для северных и северо-восточных говоров, где такие формы были особенно распространены.