Фамилия Ротау — редкий в русской среде случай немецкого географического прозвища, которое закрепилось в качестве наследственного имени. В основе лежит немецкое Rotau — сложное слово из rot («красный») и Au («пойма реки, луг у воды»). Буквально: «красный луг» или «красная пойма». Так в Германии называли несколько небольших поселений и урочищ, особенно в Баварии и Саксонии. Человек, переселившийся из такого места, получал прозвище по названию родной деревни — Ротау. В России эта фамилия встречается у потомков немецких колонистов, которых в XVIII–XIX веках приглашали осваивать Поволжье, Новороссию и Закавказье.

Модель образования проста: фамилия не получила русского суффикса (-ов, -ин, -ский), а осталась в исходной немецкой форме — на -ау, что для немецких фамилий характерно. В ономастике такой тип называют топонимическим без оформления: человек просто стал Ротау по месту, откуда он или его предки родом. В отличие от фамилий вроде Ротауэр или Ротауский, вариант Ротау — самый краткий, без добавочных формантов.

Споров о происхождении почти нет: версия с красным цветом и луговой местностью — единственная убедительная. Иногда можно встретить попытку связать Ротау с идиш или славянскими корнями, но для этого нет ни фонетических, ни исторических оснований. Немецкая топонимика даёт прямое и непротиворечивое объяснение.

В России фамилия осталась малочисленной. По данным современных телефонных справочников и баз, носители Ротау сосредоточены в Омской области, Алтайском крае и Краснодарском крае — то есть в регионах, куда в XIX веке активно переселяли немецких колонистов. Встречаются единичные записи в Москве и Санкт-Петербурге, но это, скорее, результат миграции XX века. Сословная принадлежность предков — в основном крестьяне-колонисты, реже ремесленники или пасторы в немецких поселениях.