Фамилия Гельбштейн — типичный пример ашкеназской фамилии немецкого происхождения, сложившейся в среде еврейского населения Восточной Европы. Её основа — два немецких корня: «gelb» (жёлтый) и «Stein» (камень). В буквальном переводе фамилия означает «жёлтый камень». В ономастике такие фамилии относят к так называемым «цветным камням» — группе, куда входят, например, Ротштейн (красный камень) или Вайсштейн (белый камень).

Скорее всего, фамилия не описывала внешность предка (жёлтый цвет кожи или волос), а была связана с профессией или местом жительства. Жёлтый камень — это, в первую очередь, янтарь. Предок-Гельбштейн мог быть торговцем янтарём, ювелиром, работавшим с этим материалом, или просто жил в доме, который называли «у жёлтого камня». В еврейской ономастике такие «цветные» фамилии часто давались произвольно, по желанию чиновника, который мог использовать любой запомнившийся признак, поэтому искать в ней точное ремесло не всегда обязательно.

Модель образования фамилии — чисто немецкая, без славянских суффиксов, что нетипично для большинства русских фамилий, но характерно для еврейских фамилий, полученных в Австрийской и Прусской империях в конце XVIII — начале XIX века. В Российской империи такие фамилии тоже встречались, особенно в Царстве Польском и на Волыни, где была высока концентрация немецкоязычного еврейского населения. В отличие от фамилий на -ов/-ев, Гельбштейн не меняет окончания по падежам и не склоняется по правилам русского языка, что создаёт ощущение инородности, но именно это и указывает на её подлинное происхождение.

Встречается также вариант написания Гельдштейн (от «Geld» — деньги), но в случае с Гельбштейн путаница маловероятна: звук «б» в корне устойчив. Географически фамилия сегодня чаще всего встречается в Израиле, США и Германии, а в России — единичные случаи, в основном потомки переселенцев конца XIX века. Социальный состав носителей был пёстрым: от ремесленников и мелких торговцев до врачей и юристов, так как фамилия не несла сословной окраски.