Фамилия Колоийцев — один из тех случаев, где написание сбивает с толку, а корень оказывается неожиданно простым. Первое, что бросается в глаза, — редкий суффикс -ийцев. В русских фамилиях чаще встречается -ев (Колоев) или -ов (Колоев, ударение на второй слог). Формант -ийцев указывает на притяжательное прилагательное, образованное через суффикс -ий (чей? — Колоий) с последующим добавлением патронимического -ев. Иными словами, основа здесь не «Колой», а «Колоий» — это либо форма имени, либо прозвища в родительном падеже.

Самая вероятная версия происхождения — от крестильного имени Колой (Калай, Калей), которое является просторечной формой канонического имени Каллистрат (греч. «прекрасновоин») или Каллиник («добрый победитель»). В русских говорах имя Колой фиксируется в документах XV–XVII веков, особенно в южнорусских и среднерусских землях. Суффикс -ий в форме «Колоий» мог возникнуть под влиянием украинского или белорусского произношения (ср. фамилии типа Грицкий, Иваницкий, где -ий — окончание прилагательного). Таким образом, «Колоийцев» буквально означает «сын Колоия», то есть потомка человека по имени Колой.

Менее убедительна, но возможна связь с прозвищем от диалектного глагола колоть или существительного кол (острый предмет, граница). В этом случае Колой могло означать «колючий», «задиристый» человек. Однако для прозвищ в русской традиции типичнее суффикс -ец (Колец, Колоец), а не -ий, поэтому версия с именем выглядит предпочтительнее.

Географически фамилия редкая и не имеет ярко выраженного гнезда расселения. Единичные носители встречаются в Воронежской, Курской и Ростовской областях, что косвенно подтверждает южнорусское происхождение. В дворянских родословных книгах фамилия не отмечена — скорее всего, предки были крестьянами или однодворцами. Написание через -ийц- (а не через -иц-) — орфографическая особенность: в XIX веке фамилии с суффиксом -ев после -ий часто записывали через -йцев, чтобы сохранить звучание (ср. Андрейцев, Сергейцев).