Фамилия Долотаева — женская форма, мужская — Долотаев. В её основе почти наверняка лежит не имя и не географическое название, а прозвище или профессиональное занятие. Самая прямая версия: прозвище Долото — от названия плотницкого инструмента. Долотом в столярном и бондарном деле выдалбливали пазы, гнёзда, углубления. Прозвище могли дать либо искусному мастеру, работавшему чисто и точно, либо, наоборот, человеку, которого в насмешку считали грубым — «долбёжником», работающим топорно. В русских говорах слово «долото» имело и переносные значения: так могли назвать навязчивого, «долбящего» одного и того же человека.

Менее вероятная, но допустимая версия — связь с глаголом «долотать» (долатать, дошить, докончить). В некоторых диалектах «долотать» означало «доделать кое-как, на скорую руку». Тогда прозвище Долотай могло относиться к человеку, который всё доделывал, пусть и небрежно, или к портному-заплатнику.

Суффикс -ев указывает на притяжательную модель: «чей?» — Долотаев, то есть сын или потомок Долотая. Форма на -ев, а не на -ов, говорит о том, что исходное прозвище оканчивалось на мягкий согласный или на -й (Долотай, Долото). В фамилии сохранилось чередование: в основе звук [т] остаётся твёрдым, а суффикс пишется через -ев, как в фамилиях Зубарев, Косарев.

Фамилия редкая, сконцентрирована в Поволжье и на юге России — в Волгоградской, Ростовской областях, в Краснодарском крае. Это указывает на позднее закрепление прозвища в качестве фамилии, возможно, уже после отмены крепостного права, когда бывшие крестьяне массово получали фамилии по прозвищам. Однокоренные фамилии — Долотов, Долотников (от названия инструмента), Долотихин (от женского прозвища). В ономастических справочниках фамилия Долотаев не упоминается, что подтверждает её локальный и поздний характер.