Фамилия Натолоченая — редкий случай, когда в основе лежит не имя, не профессия, а глагол со значением конкретного физического действия. Она образована от причастия «натолоченный» — то есть тот, кого натолкли, раздробили, растерли. Звучит грубовато, но в крестьянском быту XVI–XVII веков такие прозвища давали без обидного подтекста: человека могли назвать так за работу — например, за то, что он постоянно толок зерно в ступе, готовил крупу или соль. Прозвище Натолоченый закреплялось за тем, кто выполнял эту монотонную работу, или за человеком коренастого, «толчёного» телосложения.

Суффикс -ен- указывает на причастное происхождение, а окончание -ая — на женскую форму. В русской традиции фамилии на -ой/-ая (Натолоченый, Натолоченая) чаще всего встречаются на юге России, в Курской, Воронежской, Ростовской областях, а также у донских и кубанских казаков. Там притяжательные и прозвищные фамилии нередко склонялись по типу прилагательных: Натолоченый — Натолоченая. В северных и центральных губерниях та же основа превратилась бы в Натолоченов или Натолоченин.

Глагол «натолочь» известен в диалектах в значении «растолочь, измельчить». В словаре Даля встречается «натолок» — растёртая масса, мука грубого помола. Таким образом, предок носителей фамилии мог быть мельником, крупорушником или просто крестьянином, чья работа была связана с толчением зерна вручную. Менее вероятна, но возможна ироническая версия: прозвище могли дать неповоротливому, медлительному человеку — «его как будто в ступе натолкли».

Фамилия очень редкая. В современных телефонных справочниках и базах данных она встречается единично, преимущественно на юге России и в восточной Украине. Написание с одной «н» (Натолоченая, а не Натолченная) — нормативное для причастий, перешедших в фамилии, и сохраняет глагольную основу «толочь».