Фамилия Олжабаева образована от мужского имени Олжабай, которое широко распространено у казахов и других тюркских народов. Основа имени — «олжа» (добыча, трофей, военная удача) и «бай» (хозяин, богатый, влиятельный человек). Таким образом, Олжабай дословно означает «богатый добычей» или «владелец трофея». Имя давали с пожеланием мальчику удачливости в промысле, военных походах или хозяйственных делах, чтобы он всегда был при достатке и не знал нужды.

Суффикс «-ева» указывает на принадлежность: в русской традиции оформления тюркских фамилий так передавали значение «дочь (или жена) Олжабая». Изначально фамилия в такой форме закреплялась за женщинами, но в советское время, когда паспортная система фиксировала фамилии без изменений по полу, Олжабаевой стали записывать и девочек, и замужних женщин. Мужской вариант — Олжабаев.

Фамилия типична для казахской ономастики и встречается в основном в Казахстане, особенно в южных и западных областях, где имя Олжабай было популярно в XIX — начале XX века. Встречается она и среди потомков казахов, переселившихся в Россию (Оренбуржье, Астраханская область) или в Киргизию. Редкость фамилии в общероссийском масштабе объясняется тем, что она почти не вышла за пределы казахской среды — в отличие, например, от фамилий на «-ов» от русских имён.

С точки зрения словообразования, Олжабаева стоит в одном ряду с казахскими фамилиями вроде Алтынбаева, Жолдасбаева, Есенбаева: все они построены по схеме «двусоставное имя + суффикс -ев/-ова». Интересно, что в дореволюционных документах можно встретить написание Олжабаевъ с твёрдым знаком на конце, а в ранних советских записях — через «и» (Олжабаива) из-за нестандартной передачи казахского звучания. Современный вариант закрепился в 1930–40-е годы, когда была проведена унификация фамилий в ЗАГСах.

Единственная ономастическая сложность — возможная связь с топонимом Олжабай (так называется несколько аулов в Казахстане). Но в подавляющем большинстве случаев фамилия произошла именно от личного имени, а не от названия населённого пункта: патронимические фамилии у казахов образовывались от имён предков, а не от мест жительства.