Фамилия Штальбаум — яркий пример немецкого по происхождению прозвища, перешедшего в наследственное имя. Она образована сложением двух основ: «Stahl» (сталь) и «Baum» (дерево). Буквально — «стальное дерево». В русском языке фамилия сохранила немецкое написание и звучание, не получив славянских суффиксов -ов или -ин, что прямо указывает на её иноязычное происхождение и, скорее всего, на то, что предки носителей были выходцами из немецкоязычных земель.

Наиболее вероятное значение прозвища — не буквальное, а переносное. «Стальным деревом» в немецком языке могли назвать человека с несгибаемым, упрямым характером, твёрдого и надёжного, как сталь. Встречается и более прозаическая версия: прозвище мог получить кузнец или мастер, работавший с твёрдыми породами древесины, либо тот, кто жил у заметного дерева с металлической оковкой или у старого, крепкого дуба, который в народе сравнивали со сталью.

В ономастике фамилия Штальбаум относится к группе так называемых «говорящих» или «украшающих» немецких фамилий, которые часто давали не столько по профессии, сколько по внешней или внутренней черте человека. Подобные фамилии (например, Айзенбаум — «железное дерево», или Гольдбаум — «золотое дерево») были популярны среди еврейского населения Германии и Восточной Европы, но встречались и у этнических немцев. Поэтому точно определить конфессиональную принадлежность предков по одной фамилии сложно — Штальбаум мог быть как немецким протестантом, так и ашкеназским евреем.

В Российской империи фамилия Штальбаум фиксируется в документах с XVIII века, в основном среди колонистов, приглашённых Екатериной II для освоения Поволжья. Позже носители фамилии встречаются в Петербурге, Москве, а также в Прибалтике. Среди известных представителей — российский учёный-механик и кораблестроитель Владимир Штальбаум, работавший на рубеже XIX–XX веков. В целом фамилия остаётся редкой и в России, и в Германии, что делает её хорошим маркером для генеалогического поиска: круг возможных предков невелик, и следы семьи обычно прослеживаются достаточно чётко.