Фамилия Толсторожих — редкий случай, когда прозвище не просто перешло в наследственное имя, а сохранило свою первоначальную форму, почти не изменившись. Она принадлежит к северорусскому типу фамилий на -их, -ых. В отличие от привычных нам -ов и -ин, которые означали «чей?» (сын такого-то), суффикс -их отвечал на вопрос «чьи?» и обозначал принадлежность целой семье: Толсторожих — «из семьи Толсторогого». Такая модель особенно характерна для Архангельской, Вологодской, Вятской губерний и Сибири, куда переселенцы принесли этот говор.

Основа фамилии — прозвище Толсторожий. В старину «рожа» означала не просто лицо, а скулы, щёки, нижнюю часть лица. Толсторожий — человек с широким, полным, мясистым лицом. Это не оскорбление, а бытовая, наглядная характеристика внешности — как Косой, Рыжий или Губатый. Такие прозвища давали без злого умысла, по самой заметной черте. Споров о происхождении корня нет: «толстый» в значении «объёмный» и «рожа» в значении «лицо» — слова общеславянские и прозрачные.

Любопытная деталь: фамилия Толсторожих органично вписалась бы в круг так называемых «собачьих» или «животных» прозвищ (Толсторогий — как у быка или барана), но в данном случае прозвище относится к человеку напрямую. Сравните с однокоренными, но более поздними по модели фамилиями Толсторогов, Толсторог — они образованы по другой схеме и встречаются чаще. Толсторожих же сохранила архаичную форму, которая сегодня воспринимается как необычная, хотя для предков это была обычная семейная подпись.

Сословной привязки у фамилии нет: прозвище Толсторожий могли дать и крестьянину, и посадскому человеку. В переписных книгах XVII–XVIII веков такие «простые» фамилии на -их встречаются именно у черносошных крестьян и однодворцев. Никаких громких исторических деятелей с этой фамилией не известно, и это нормально: её ценность не в звёздных носителях, а в том, что она доносит до нас живую речь и бытовую наблюдательность предков, которые видели человека и называли его по самому заметному признаку.