Фамилия Козолей — одна из тех, где разбор упирается в редкое и почти забытое слово. В современном русском языке «козолей» не употребляется, но в диалектах и старых говорах так называли человека, который доит коз. Прозвище Козолей могли дать пастуху, хозяину козьего стада или просто человеку, чья работа или быт были связаны с этими животными. Модель образования проста: основа «коз-» (коза) плюс глагольная часть «-олей» от «доить» (ср. «дойка», «дойник»). По сути, это сложение корней, типичное для русских прозвищ, описывающих занятие: «коз» + «дой» → «козодой», но в данном случае — «козолей».

Интересно, что фамилия избежала стандартной суффиксальной обработки. В большинстве случаев прозвища превращались в фамилии с помощью -ов/-ев или -ин: скажем, Козлов, Козодоев. А Козолей застыла в исходной, прозвищной форме — без суффикса, как есть. Это указывает на то, что фамилия могла сложиться в среде, где прозвище было устойчивым и передалось напрямую, возможно, в северных или центральных русских говорах, где такие «голые» формы встречаются чаще.

Поскольку фамилия редкая, её география узкая. Встречается она преимущественно на юго-западе России и в Украине, где слово «козолей» могло бытовать в диалектах. В украинском языке есть схожее «козолій» — тот же смысл: козий доильщик. Поэтому не исключено, что корни фамилии лежат в украинской или смешанной русско-украинской среде, где прозвище было не просто насмешкой, а указанием на конкретный промысел или ремесло.

Сословная принадлежность предков Козолей, скорее всего, крестьянская или казачья. Прозвище по занятию — типично для низших слоёв, где человека называли по тому, что он делал каждый день. В дворянских родах такие «говорящие» фамилии без суффикса почти не встречаются. Так что носитель фамилии Козолей может с уверенностью считать, что его предок был простым человеком, чья жизнь была тесно связана с козами — их пастьбой, доением и уходом. Иных версий, например связи с «козлом» или «козой» в переносном смысле, ономастика не поддерживает: основа слишком конкретна и прозрачна.