Фамилия Толсторожева — яркий пример того, как прозвище, данное человеку, со временем закрепилось в качестве родового имени. В её основе лежит прилагательное «толстый» и существительное «рожа» (лицо, физиономия). Прозвище Толстая Рожа, а затем и фамилия, скорее всего, описывали внешность человека с крупными, полными чертами лица. В крестьянской и посадской среде прозвища, указывающие на особенности внешности, были обычным делом — их давали не в обиду, а как меткую примету, по которой человека легко узнавали.

Фамилия образована по типичной русской модели: от прозвища Толсторожий (или Толстая Рожа) через притяжательное прилагательное «Толсторожев» — то есть «сын Толсторожевого». Суффикс -ев (вариант -ов после мягких и шипящих согласных) указывает на принадлежность. Женская форма Толсторожева — это либо жена, либо дочь человека по фамилии Толсторожев. В документах фамилия могла писаться и через «о» в корне: Толсторожева, но вариант с «а» (Толсторожава) маловероятен и является искажением.

Интересно, что фамилия эта довольно редкая. Она не встречается в массовых списках дворянских родов, а бытует преимущественно в южнорусских и центральных областях, например, в Воронежской, Курской, Ростовской губерниях. Там, где сохранилась традиция «окающего» говора, прозвище звучало бы как «Толсторожа», что и закрепилось в написании. Встречаются однокоренные фамилии: Толсторожий, Толсторожев, Толсторожих. Все они восходят к одному и тому же прозвищу, но различаются суффиксами, свойственными разным регионам (например, -их/-ых характерны для северных и сибирских говоров).

В ономастических словарях эта фамилия обычно не комментируется подробно из-за своей редкости. Однако её структура прозрачна: это типичное «говорящее» прозвище, которое не требует сложной этимологии. Предки носителей фамилии Толсторожева, скорее всего, были крестьянами или посадскими людьми, а само прозвище закрепилось за одним из них в XVI–XVII веках, когда фамилии начали массово передаваться по наследству.