Фамилия Доромбей — редкий случай в русском ономастиконе. Она не вписывается в привычные модели образования от крестильных имён, профессий или прозвищ с типичными суффиксами -ов, -ин или -ский. В ней нет ни «сына» (как в Иванов), ни «принадлежности» (как в Кузнецов). Это сразу выдаёт в ней не русское, а заимствованное происхождение, скорее всего, из румынского или молдавского языка.

Самая вероятная версия: фамилия Доромбей происходит от молдавского (румынского) слова «dorobanț» (доробанц) или его диалектного варианта. Доробанцами в Молдавском княжестве называли пеших солдат, рекрутов, а в более широком смысле — служилых людей, стражников. В русской передаче конечное «-ц» могло перейти в «-ей» (как в фамилиях Ботнарь — Ботнарей, Кожокарь — Кожокарь, но с изменением окончания). Таким образом, исходное прозвище Доромбей могло означать «солдат», «ратник» или «человек, обязанный нести военную службу». Учитывая, что Молдавия и Бессарабия входили в состав Российской империи, носители такой фамилии могли быть выходцами из этих земель, переехавшими в центральные губернии или на Кубань.

Менее убедительна, но возможна версия о тюркском следе. В некоторых тюркских языках есть корень «дорум» (крепкий, здоровый) и компонент «бей» (господин, князь). Тогда Доромбей могло быть составным именем или прозвищем вроде «крепкий господин». Однако эта гипотеза слабее: фамилия не встречается среди известных тюркских родов, а её ареал (юго-запад России, Приднестровье) указывает скорее на румыно-молдавское влияние.

Фамилия Доромбей — не дворянская и не крестьянская в классическом русском смысле. Она принадлежала к служилой или мещанской среде, возможно, казачеству на границе с Молдавией. Её редкость объясняется тем, что она не попала в массовый массив фамилий, образованных от церковных календарей. Сегодня она встречается единично, в основном на юге России и в Приднестровье, сохраняя память о своих военных или сторожевых корнях.