Фамилия Колобайцев — редкая и нестандартная для русского слуха. Если сразу попытаться угадать в ней «колобка», то это не ошибка, но не вся правда. В основе лежит прозвище или имя Колобай, которое, в свою очередь, образовано от диалектного слова «колобать» — месить, мять, делать колобки (круглые хлебцы). В некоторых говорах «колобать» означало также «ходить с трудом, переваливаться», что могло дать прозвище неуклюжему или полному человеку. Таким образом, носитель фамилии — потомок человека, которого в XVI–XVII веках прозвали Колобаем за профессию пекаря, за манеру ходьбы или за округлую фигуру.

Словообразовательная модель здесь необычна. Фамилия построена по схеме «прозвище + суффикс -айцев». Суффикс -ай- (в основе Колобай) характерен для русских прозвищ, часто с оттенком просторечия или шутки, а суффикс -цев — это вариант патронимического -ов/-ев, но в особой форме: не «Колобаев», а «Колобайцев». Такая форма встречается реже и указывает на то, что прозвище оканчивалось на -ай (как Толмай, Шубай, Бодай). В словаре Б. Унбегауна «Русские фамилии» подобные модели (на -айцев, -ейцев) отнесены к разряду «усечённых» и могли возникать в северных и центральных говорах, где звучание прозвищ было более протяжным.

Географически фамилия тяготеет к центральной России и Поволжью. Встречается в архивах Воронежской, Тамбовской и Рязанской губерний, где слово «колобать» было в ходу у крестьян. В этих местах «колобом» называли не только хлеб, но и ком снега, глины, а «колобайкой» — лепёшку. Социально предки Колобайцевых, скорее всего, были крестьянами или посадскими людьми: фамилия не звучит как дворянская или купеческая (нет суффикса -ский, -инов, -ич). Скорее всего, она закрепилась за одной семьёй в XVII–XVIII веках, когда крестьянам начали давать фамилии по прозвищам главы дома.

Интересная деталь: в отличие от массовой фамилии Колобов, которая встречается повсеместно и часто связана просто с хлебом, Колобайцев сохранил в себе более редкую глагольную форму. Это указывает на то, что прозвище было не статичным («круглый»), а динамичным («тот, кто колобает» — месит тесто или ковыляет). Поэтому среди возможных версий происхождения наиболее правдоподобна профессиональная: предок был пекарем или стряпуном, делавшим колобы. Версия с походкой менее вероятна, так как прозвища по физическим недостаткам обычно оканчиваются на -а (Косой, Хромой), а не на -ай.

Фамилия не имеет известных дворянских родов или знаменитых носителей в истории, но это не делает её менее ценной для ономастики: она — живой пример того, как редкий диалектный глагол превратился в узнаваемый родовой знак.