Фамилия Столштейн — редкий случай в русском ономастиконе. Она не вписывается в привычные модели русских фамилий на -ов, -ин или -ский, а её основа явно указывает на немецкое или еврейское (ашкеназское) происхождение. В отличие от большинства фамилий, которые образовывались от прозвищ, ремёсел или имён, Столштейн — это сложное слово, составленное из двух корней.

Первая часть — «Штоль» (Stoll) или «Штолль». В немецком языке это слово многозначно. Оно может означать «горная выработка», «штольня», но чаще встречается как основа фамилий, связанных с ремеслом: например, Stolle — «кекс», «булка», или Stoll — «столб», «подпорка». Вторая часть — «штейн» (Stein) — переводится как «камень». Таким образом, буквально фамилия означает «каменный столб» или «горный камень». В еврейской традиции такие составные фамилии нередко давались искусственно, по указу австрийских властей в конце XVIII — начале XIX века, когда евреям предписывалось взять фамилии. Часто их составляли из двух немецких слов, чтобы звучало «красиво» или указывало на занятие.

Скорее всего, фамилия Столштейн (а также её варианты Штольштейн, Стольштейн) бытовала в среде немецких колонистов или еврейского населения на территории Российской империи, особенно в западных губерниях (Волынь, Подолье, Бессарабия) и в Прибалтике. Встречается она и у потомков поволжских немцев. В русском языке «Штоль» превратилось в «Стол» — это типичная адаптация: замена непривычного звука «ш» на «с» и упрощение двойной согласной.

Если говорить о роде занятий предков, то прямая связь с горным делом (штольня) или строительством (каменный столб) возможна, но не обязательна. Чаще такие фамилии давались по месту жительства (например, у скалы или каменной глыбы) или просто как красивое сочетание. В любом случае, Столштейн — фамилия не массовая, её носители в России и странах бывшего СССР — это, как правило, потомки тех, кто пришёл с запада в XVIII–XIX веках.