Фамилия Олисаев — редкий случай, когда основа не бросается в глаза даже носителю языка. На первый взгляд в ней слышится что-то греческое или южное, но на деле это чисто русская фамилия, образованная от крестильного имени. В её основе лежит каноническое имя Елисей, которое в народном произношении часто превращалось в Олисей. Такая замена начального «е» на «о» — характерная черта северных и северо-восточных русских говоров, где «ёканье» и «оканье» меняли звучание многих церковных имён (сравните: Олена вместо Елена, Овдоким вместо Евдоким).

К имени Олисей добавили типичный русский суффикс -ев, который указывал на принадлежность: Олисаев буквально означал «сын Олисея». Суффикс -ев, а не -ов, появился потому, что основа имени заканчивалась на мягкий согласный. Таким образом, фамилия встаёт в один ряд с такими распространёнными вариантами, как Елисеев, но с оговоркой на диалектное произношение. В старых документах можно встретить и написание Олисеев — с двумя «е», но форма Олисаев закрепилась под влиянием акающего произношения, когда безударное «е» стало звучать как «а».

Имя Елисей (древнееврейское Элиша) означает «Бог — спасение». В Библии это имя носил пророк, ученик Илии. Соответственно, предок носителя фамилии Олисаев был крещён в честь этого святого, а его потомки получили фамилию по отцу. Никакого отношения к оливковому маслу или оливковым деревьям (как могло бы показаться из-за созвучия) фамилия не имеет — это чисто русское образование на почве православного именослова.

Географически фамилия Олисаев встречается нечасто, но прослеживается в центральных и северных областях России, особенно в старых переписях Архангельской и Вологодской губерний, где окающие говоры были сильны. Социальный состав носителей — преимущественно крестьяне и мещане, так как фамилия не была аристократической и не попала в число дворянских родов. Встречается также вариант Олисов, образованный по той же модели, но с усечением суффикса.