Фамилия Толстолугов — редкий пример, когда в основе лежит не личное имя и не профессия, а природный объект. Если разобрать её по косточкам, получается прозвище Толстолуг, которое образовано от словосочетания «толстый луг». «Толстым» в народе называли не полный, а густой, сочный, буйно заросший травой луг. То есть предок, получивший такое прозвище, либо жил рядом с таким местом, либо владел им, и соседи быстро приметили эту особенность.

Впрочем, есть и вторая, более конкретная версия. В Курской области существует село с говорящим названием — Толстый Луг. Если основатель рода был выходцем оттуда, то прозвище Толстолуг закреплялось за ним как указание на место рождения: «он из Толстого Луга». Такая модель встречается сплошь и рядом — человека называли по деревне, из которой он пришёл, и это становилось его уличным именем.

Суффикс -ов в фамилии — классический патронимический, он отвечает на вопрос «чей?». Толстолугов — сын Толстолуга, потомок человека, носившего такое прозвище. Фамилия закрепилась, когда прозвище перестало быть просто описанием человека и передалось детям уже как наследственное имя.

Стоит отметить, что в отличие от фамилий, образованных от имён или ремёсел, такие «географические» прозвища реже становились фамилиями. Поэтому Толстолугов — довольно редкая фамилия, и её носители, скорее всего, имеют общего предка из одного региона, вероятнее всего, из курских или соседних с ними земель.

Интересно, что однокоренных фамилий вроде Толстолугов или Толстолуцкий почти не встречается, что делает эту фамилию ещё более уникальной. Она буквально застыла во времени, сохранив в себе и диалектное слово, и точную географическую привязку.