Фамилия Долдаев образована от прозвища или имени Долдай. Скорее всего, в основе лежит тюркское слово «долда» — в ряде тюркских языков (татарском, башкирском, казахском) оно означает «полный, сытый, упитанный». Соответственно, Долдаем могли прозвать человека плотного телосложения, упитанного или просто зажиточного, «сытого» хозяина. Менее вероятна связь с другим значением: в некоторых диалектах «долда» — это разновидность войлочной шляпы, но такое прозвище было бы скорее исключением.

Суффикс -ев указывает на русскую модель образования фамилий от основ, оканчивающихся на мягкий согласный или «й». Форма Долдаев — это притяжательное прилагательное, отвечавшее на вопрос «чей?»: сын Долдая, то есть Долдаев. Такой способ был самым массовым в XVI–XVII веках, когда фамилии закреплялись за крестьянами и служилыми людьми.

Территориально фамилия Долдаев тяготеет к Поволжью и Приуралью. Значительная часть носителей встречается в Оренбургской, Самарской, Челябинской областях, а также в Башкортостане и Татарстане. Это объяснимо: именно в этих регионах веками соседствовали русские и тюркские народы, и тюркские по происхождению прозвища легко входили в русскую именную формулу. В документах XVII–XVIII веков можно встретить упоминания служилых татар и башкир с именем Долдай, что подтверждает бытование основы до её превращения в фамилию.

В этимологических словарях русских фамилий (например, в работах Б.-О. Унбегауна) Долдаев не упоминается как отдельная статья, но модель «тюркская основа + -ев» описана подробно. Родственные фамилии — Долдин, Долдов, Долданов — встречаются реже, что делает Долдаева более устойчивым вариантом, закрепившимся именно в русской среде.

Если отбросить тюркскую версию, можно предположить и чисто русский корень: в северных говорах «долдой» называли медлительного, вялого человека. Но эта гипотеза слабее, так как фамилия распространена в регионах с сильным тюркским влиянием, а не на Русском Севере.