Фамилия Госельбах — редкий для России случай чистой топонимической фамилии немецкого происхождения. Она образована от названия населённого пункта, а не от прозвища или профессии. В основе лежит немецкое Gosselbach (или Gosselsbach), что буквально означает «ручей Госселя» или «Госселев ручей». Первая часть — личное имя Gossel (уменьшительная форма от Gottfried или Gosbert), вторая — Bach (ручей). Такие фамилии по названию места жительства давали переселенцам в XVIII—XIX веках, когда немцы массово осваивали Поволжье, Новороссию и Закавказье.

Фамилия не претерпела славянской адаптации — нет привычного суффикса -ов или -ин. Это указывает на то, что носители сохраняли исходную немецкую форму. Встречаются варианты написания: Госсельбах, Госельбах, реже — Гозельбах. Путаница возникла из-за передачи немецкого двойного s (ss) в русской записи: в одних документах писали с одной «с», в других — с двумя.

Географически фамилия привязана к бывшим немецким колониям. Наиболее известна колония Госсельбах (Gosselbach) в Саратовской губернии — одно из поволжских поселений, основанное в 1760-х годах. Оттуда носители фамилии расселялись по другим регионам. В современной России Госельбах — фамилия штучная, почти не встречающаяся за пределами семей, помнящих о немецких корнях.

С точки зрения словообразовательной модели, это не патроним (по отцу) и не прозвище, а чистый локатив — указание на место, откуда человек родом или где жил. В немецкой ономастике такие фамилии на -bach типичны: достаточно вспомнить Бах, Ауэрбах, Розенбах. Госельбах стоит в этом же ряду, но заметно реже.

Если искать более точную этимологию, то первая часть может восходить не к имени, а к древневерхненемецкому gos — «гусь» (современное Gans). Тогда Госсельбах — «гусиный ручей». Но для фамилии, закреплённой за конкретной колонией, версия с личным именем правдоподобнее: топонимы «от имени владельца» в немецкой традиции распространены шире, чем «от животного».