Фамилия Толобаева — женская форма фамилии Толобаев, и её происхождение стоит искать в мужском прозвище или имени-основе. Словообразовательная модель здесь прозрачна: суффикс -ев указывает на принадлежность («чей?»), то есть Толобаев — это потомок человека по прозвищу или имени Толобай. Такая модель типична для русских фамилий, образованных от тюркских или восточных корней, где -ай — распространённый именной суффикс.

Основа «Толобай» предположительно восходит к тюркскому корню «толу» или «толы» — «полный», «целый», «насыщенный». В сочетании с аффиксом -бай («богатый», «господин») имя могло означать «полный господин» или «богатый полнотой». Однако есть и другая версия: в некоторых тюркских языках «толоба» могло означать «плата», «выкуп», и тогда Толобай — человек, связанный с торговлей или обменом. Третья гипотеза отсылает к монгольскому «толбо» — «петля», «аркан», что могло стать прозвищем ловкого или упрямого человека.

Фамилия редкая, её география неширока. Встречается преимущественно в регионах с историческим татарским или башкирским влиянием — в Татарстане, Башкортостане, а также в Оренбургской и Челябинской областях. Это объяснимо: фамилии на -бай часто фиксировались у тюркских народов при русификации, когда к основе добавляли русский суффикс. В документах XIX века носители фамилии могли числиться как государственные крестьяне или казаки — сословия, где смешение русских и тюркских корней было обычным делом.

Интересно, что в отличие от фамилий на -ов, где ударение чаще падает на основу, в фамилии Толобаев ударение плавает: в одних говорах — на первый слог (То́лобаев), в других — на последний (Толоба́ев). Это указывает на относительно позднюю фиксацию фамилии в письменных источниках и на разную адаптацию в устной речи.

Если сравнивать с однокоренными фамилиями, например, Толубаев или Толыбаев, то Толобаев — наименее распространённый вариант. Похожие по модели фамилии (Карабаев, Сарыбаев) встречаются чаще, что делает Толобаева более локальной и, возможно, связанной с конкретным родом или поселением. Точных данных о знаменитых носителях нет — фамилия остаётся в тени более массовых аналогов.