Фамилия Дончаев — редкий случай, когда географическое прозвище, скорее всего, не связано с Доном напрямую, а указывает на жителя определённой местности или выходца из конкретного села. Основа фамилии — «дончак» или «донча́к». В русских говорах этим словом называли не только казака с Дона, но и жителя донских слобод, а также уроженца села Донское или Донцы. Суффикс -ев указывает на принадлежность: «чей?» — Дончаев, то есть сын или потомок Дончака. Модель образования типична для русских фамилий второй половины XVI–XVII веков, когда прозвища по месту жительства закреплялись за крестьянами и служилыми людьми.

Есть и другая версия, менее очевидная: связь с тюркским именем Донча или Дончи. В татарском и башкирском языках «дон» означает «замерзший», «ледяной», а «донча» — «ледяной человек» или, в переносном смысле, «холодный, суровый». Однако эта гипотеза слабее: во-первых, фамилия имеет отчётливый русский суффикс -ев, а не тюркский -ов; во-вторых, в русских писцовых книгах встречаются прозвища Дончак, Донской, которые давали переселенцам с юга, и они органично ложились в модель Дончаев. Поэтому версия с прозвищем по местности выглядит правдоподобнее.

В ономастических справочниках фамилия Дончаев не относится к числу широко распространённых. Её можно встретить в Поволжье и на Урале — регионах, куда в XVII–XVIII веках переселялись служилые люди и крестьяне с южных рубежей. Возможно, предок носителя фамилии был «дончаком» — выходцем с Дона или из донских слобод, который осел в другом краю и получил прозвище, закрепившееся за родом. В отличие от фамилий Донской или Донцов, которые тоже образованы от той же основы, Дончаев указывает на конкретное лицо — Дончака, а не на общую принадлежность к донцам.

С точки зрения словообразования фамилия проста: корень донч-, продуктивный суффикс -аев (вариант -ев после шипящих и ц). Ударение в современном произношении падает на второй слог — Донча́ев, что соответствует типичной модели русских фамилий на -аев/-яев. Если искать однокоренные фамилии, то ближайшие — Дончаков, Дончаковский, но они встречаются ещё реже. Таким образом, Дончаев — это фамилия-прозвище, которая хранит память о географическом происхождении предка, но не о его профессии или социальном статусе.