Фамилия Онотолий — редкий случай, когда за основу взято не имя, а его искажённая, диалектная форма. Перед нами не что иное, как вариант крестильного имени Анатолий, которое в русской народной речи звучало как Онотолий или Онотрей. Утрата начального «а» и замена его на «о» — типичное явление для говоров, особенно северных и южнорусских: так же появились Олексей (из Алексей), Ондрей (из Андрей). Фамилия, таким образом, образована от полной формы имени — в отличие от куда более распространённых Анатольевых, которые пошли от уменьшительных вариантов.

Суффикс -ий в окончании нестандартен. Обычно русские фамилии оформляются суффиксами -ов/-ев или -ин, а здесь мы видим застывшую форму родительного или именительного падежа церковнославянского типа: «Онотолий» — это буквально «(сын) Онотолия». Такая модель встречается у фамилий семинарского происхождения или у тех, что записывались в церковных метриках без переделки на «-ов». Второй вариант: фамилия могла возникнуть не как родовая, а как прозвище или уличное имя самого носителя, которое позже закрепилось за потомками.

Географически фамилия тяготеет к регионам, где имя Анатолий произносили через «о»: это Украина, южные области России (Курская, Воронежская, Ростовская), а также старообрядческие районы, где консервативная речь дольше сохраняла архаичные формы. Встречаемость фамилии крайне низкая — в современных телефонных справочниках и базах данных она единична, что делает её ценной для генеалогии: предки почти наверняка были крестьянами или мещанами из одного локального гнезда.

Сравните с однокоренными: Анатольев — самая частая форма, Анатольский — семинарская или польская, Анатолин — притяжательная от имени матери. Онотолий стоит особняком: он не даёт уменьшительных вариантов и прямо указывает на то, что предка в официальных документах записали так, как слышали, не исправляя на литературный лад. Это живое свидетельство народной фонетики XIX века.