Фамилия Готлибоим — один из тех редких случаев, когда происхождение лежит на поверхности, но не бросается в глаза из-за необычного для русского уха окончания. Перед нами не славянская модель, а чистая немецкая фамилия, попавшая в русский контекст. Её основа — мужское имя Готлиб (Gottlieb), что в переводе с немецкого значит «любящий Бога» (Gott — Бог, lieb — любимый, дорогой). Это типичное теофорное имя, популярное в немецкоязычных землях в эпоху пиетизма и Реформации, когда родители давали детям имена-пожелания, выражающие религиозное чувство.

Необычное окончание «-оим» — это искажённая или адаптированная форма немецкого суффикса принадлежности. В немецком языке фамилии на -heim (буквально «дом, поместье») встречаются часто: например, Готлибсхайм (Gottliebsheim) — «дом Готлиба». При переходе в русскую среду, особенно в устной речи, -heim могло редуцироваться до -оим, а иногда и до -ойм. Таким образом, Готлибоим — это, скорее всего, топонимическая фамилия, указывающая на то, что предок был выходцем из поселения, названного в честь человека по имени Готлиб, или владельцем такого хутора.

В Российской империи носители фамилии Готлибоим — почти наверняка потомки немецких колонистов. Массовое переселение немцев в Россию началось при Екатерине II во второй половине XVIII века. Колонисты основывали компактные поселения в Поволжье, Причерноморье, на Волыни и в Закавказье. Немецкие фамилии часто калькировались или записывались на слух чиновниками, что и породило такие варианты, как Готлибоим вместо более правильного Готлибсхайм или Готлибов. Географически фамилия с таким окончанием тяготеет к югу России и Украины — к бывшим немецким колониям.

Словообразовательно фамилия стоит особняком: в ней нет привычного русского суффикса -ов или -ин. Это так называемая «чистая» основа, которая не переоформлялась по славянскому образцу. Подобные случаи встречаются у фамилий немецкого, польского и еврейского происхождения, где окончание сохраняет иноязычную форму. Встретить фамилию Готлибоим сегодня можно крайне редко, и её носители, скорее всего, являются потомками именно тех обрусевших немцев, чьи предки обживали южные степи.