Фамилия Колобайцева — яркий пример того, как прозвище, связанное с едой или характером, закрепилось в родовом имени. Её основа — слово «колобай» или «колобайка». В русских говорах, особенно южных и донских, так называли небольшой круглый хлебец, колобок, а также нечто скатанное в шар. Переносное значение — прозвище человека круглого, полного, возможно, неуклюжего или, наоборот, увёртливого, как тот самый сказочный колобок.

Словообразовательная модель здесь не совсем обычная. Суффикс -цев- (в женском роде -цева) типичен для фамилий, образованных от прозвищ на -ец: «Колобаец» → «Колобайцев» (чей сын? — Колобайцев). Однако в основе лежит не «Колобаец», а «Колобай» — более короткая форма, от которой с помощью суффикса -цев- и получилась фамилия. Такая модель встречается реже стандартных -ов/-ев или -ин, что делает фамилию заметной на общем фоне. Мужской вариант — Колобайцев.

Географически фамилия тяготеет к югу России и Украине. Её можно встретить в Ростовской, Волгоградской областях, в Краснодарском крае, а также в Курской и Белгородской землях. Это зона распространения южнорусского говора, где слово «колобай» было в ходу. Встречаются и варианты написания — Колобайцева, реже Колобайцова, но основной вариант именно с «е» в суффиксе.

Что касается социального контекста, то носители фамилии, скорее всего, происходили из крестьянской или казачьей среды. Прозвище «Колобай» мог дать либо хлебопёк, либо человек с характерной внешностью, либо даже весельчак-балагур, которого в шутку сравнивали с колобком за его «катимость» и неунывающий нрав. Фамилия недворянская, не книжная — она родилась в живой народной речи. Других, более экзотических версий происхождения (например, от тюркских корней) для этой фамилии не существует — она чисто славянская и прозрачная по смыслу.