Фамилия Колупаев происходит от прозвища Колупай. В его основе лежит глагол «колупать» — ковырять, крошить, отдирать. Такое прозвище могли дать человеку, который неаккуратно ел, крошил хлеб или ковырялся в тарелке. По другой версии, прозвище Колупай восходит к слову «колупа» — так в некоторых говорах называли хмурого, вялого человека. В этом случае прозвище отражало не манеру поведения за столом, а характер: медлительного или угрюмого человека.

Фамилия образована по стандартной русской модели: к основе Колупай прибавили суффикс принадлежности -ев, который указывал на сына или потомка Колупая. То есть Колупаев — буквально «сын Колупая». Такая модель типична для большинства русских фамилий, возникших из прозвищ, оканчивающихся на согласный или -й.

Глагол «колупать» — исконно русский, с прозрачной этимологией: приставка ко- и корень -луп- (лупить, отдирать). Того же корня, что и «лупить», «лупоглазый». Родственные фамилии — Колупахин, Колупанов, но они встречаются реже. Интересно, что фамилия Колупаев не имеет отношения к географическим названиям или церковным именам — она чисто бытовая, прозвищная.

Встречается фамилия преимущественно в центральных и южных регионах России, в частности в Воронежской, Курской и Ростовской областях. В документах XVII–XVIII веков упоминаются крестьяне и однодворцы с этой фамилией — то есть предки Колупаевых были, скорее всего, незнатными людьми, жившими в сельской местности.

Спор между двумя версиями происхождения (по действию или по характеру) не имеет однозначного разрешения. Обе правдоподобны, но первая — от глагола «колупать» — более прозрачна и чаще встречается в словарях русских фамилий.