Фамилия Шолбаев — редкий случай, когда основа, скорее всего, не славянская, а тюркская или монгольская. Если отбросить распространённый русский патронимический суффикс -ев (указывающий на принадлежность: «чей?» — Шолбаев, то есть сын Шолбая), мы получим имя Шолбай. Именно в нём ключ к происхождению.

В тюркских и монгольских языках имя Шолбай (или Шолбан) имеет прозрачную этимологию. «Шол» (или «шул») в ряде диалектов означает «левый», «неправильный», а в переносном смысле — «счастливый», «удачливый» (по древнему обычаю, левая сторона иногда считалась счастливой, в отличие от правой). Вторая часть «-бай» — это очень распространённый компонент тюркских имён, означающий «богач», «хозяин», «господин». Таким образом, имя Шолбай могло означать «левый богач» или, что более вероятно, «счастливый хозяин» — имя-оберег, данное, чтобы отвести злые силы.

Географически фамилия Шолбаев тяготеет к регионам с тюркским и монгольским населением: Башкортостан, Татарстан, а также Алтай и Бурятия. В бурятском языке есть имя Шолбан (буквально «Венера», утренняя звезда), от которого фамилия могла образоваться через форму Шолбай. Здесь корень другой, и значение меняется: предок мог быть назван в честь небесного тела — красиво и поэтично.

В русском контексте фамилия закрепилась через суффикс -ев, который присоединяется к основам на -й (Шолбай → Шолбаев). Это типичная модель для адаптации нерусских фамилий: исходное имя переоформляется по русскому образцу, и потомок становится «Шолбаевым» — человеком из рода Шолбая.

Сословная принадлежность носителей фамилии неоднородна. В документах XIX века встречаются Шолбаевы и среди башкирских вотчинников, и среди крестьян. Редкость фамилии в центральной России говорит о том, что её носители — в основном потомки выходцев из Поволжья, Приуралья или Сибири, где тюрко-монгольские имена были обычны.