Фамилия Голдобаева — редкая и сложная для однозначного толкования. В её основе, скорее всего, лежит прозвище Голдобай. Первая часть, «голд», в русских говорах могла означать нечто звонкое, громкое или пустое (сравните: «голдеть» — кричать, шуметь). Вторая часть, «бай», — это либо тюркское «бай» (богатый, господин), либо диалектный глагол «баить» (говорить). Таким образом, прозвище могло принадлежать либо говорливому, крикливому человеку («голдливый бай»), либо, если принять тюркский компонент, — человеку с прозвищем, где «голд» — искажённое личное имя или этноним.

Суффикс «-ев» указывает на притяжательную модель: Голдобаев — сын Голдобая. Это типичная модель для русских фамилий, образованных от прозвищ или имён, оканчивающихся на согласный или «-й». Фамилия могла закрепиться на юге России или в Поволжье, где сильнее было тюркское влияние и где диалектная лексика вбирала в себя тюркизмы. Версия о происхождении от тюркского «бай» выглядит правдоподобнее, так как в чисто русской модели «голд» + «бай» (в значении «говорить») — это тавтология (оба корня могут означать «шум/говор»), что маловероятно для прозвища.

Встречаются варианты написания через «а» — Галдабаев, что может указывать на акающее произношение (южнорусское). Фамилия недворянская, скорее всего, крестьянская или казачья. Известных исторических носителей с такой фамилией в открытых источниках не зафиксировано, что подтверждает её редкость и локальный характер бытования.