Фамилия Олзоев — редкий случай, когда происхождение почти наверняка ведет в конкретный регион и к конкретному народу. В основе лежит бурятское или монгольское личное имя Олзой. В монгольских языках слово «олз» означает «находка», «прибыль», «выгода». Соответственно, Олзой — это имя-пожелание: «тот, кто приносит удачу» или «находка» (долгожданный ребенок, которого считали подарком судьбы). Такие имена были распространены у бурят, калмыков и монголов.

Модель образования фамилии проста и показательна. Русский суффикс принадлежности -ев присоединился к основе на -ой (Олзой → Олзоев). По той же схеме образованы многие бурятские фамилии: Батоев (от Бато — «крепкий»), Доржиев (от Доржо — «ваджра»), Цыбиков (от Цыбик — «тибетец»). Суффикс -ев, а не -ов, появился потому, что основа заканчивалась на мягкий звук [й], который на письме передается буквой «й».

География фамилии подтверждает эту версию. Олзоевы — жители Бурятии, Иркутской области (особенно Усть-Ордынского Бурятского округа) и Забайкалья. В европейской России фамилия практически не встречается, что служит дополнительным аргументом против версии о славянском происхождении (например, от прозвища «Олзой» из диалектного глагола «олзеть» — «обнаглеть»). Эта гипотеза крайне сомнительна: такого прозвища нет в исторических источниках, а глагол слишком поздний и узкоупотребительный.

В социальном плане Олзоевы — потомки простых скотоводов, охотников или воинов. Фамилия не указывает на дворянское происхождение: у бурят, как и у большинства народов Сибири, фамилии в современном виде закрепились лишь в XIX–XX веках, чаще всего по отцу. Поэтому Олзоев — это буквально «сын Олзоя». Никаких разночтений в написании (через «а» или «ы») в документах не зафиксировано, фамилия стабильна и однозначна.