Фамилия Толстошеева образована от прозвища Толстошеий, которое указывает на внешность предка — дородного, тучного человека с мощной шеей. Прямолинейность этого прозвища не должна вводить в заблуждение: в старину такие двусоставные именования с корнем «толст» были чрезвычайно популярны и не воспринимались как обидные. Степан Веселовский в своих ономастических разысканиях приводит целый ряд подобных примеров: крестьянин Толстопят (1545 год, Новгород), крестьянин Сергей Толстопятый (1627 год, Белев), крестьянин Толстоух (1495 год, Новгород), помещик Федор Толстошеин (1614 год, Углич), крестьянин Афанасий Толстошея (1596 год, Арзамас), крестьянин Толстые Пальцы (1540 год, Новгород). Как видим, прозвища с корнем «толст» встречались в разных слоях общества — и среди крестьян, и среди помещиков.

Менее вероятно, что прозвище Толстошеий носило иронический оттенок: в насмешку так могли прозвать и сухопарого, тщедушного человека. Однако для этой версии нет твердых оснований — в большинстве случаев прозвища такого типа фиксировали реальную примету, а не издевку.

Суффикс -ев в фамилии указывает на притяжательное значение: Толстошеева — это «дочь или жена Толстошея», а в более широком смысле — потомок человека с таким прозвищем. Форма с окончанием -а характерна для женского варианта фамилии, тогда как мужской вариант — Толстошеев. Обратите внимание на написание: в корне сохраняется буква «е» после шипящего, что отражает историческое произношение и отличает эту фамилию от возможных вариантов с «о» (Толстошов), которые встречаются реже и имеют другую природу.

География ранних упоминаний — Новгород, Углич, Арзамас, Белев — показывает, что прозвище бытовало в разных регионах, но чаще фиксируется на севере и в центральной России. Это позволяет предположить, что предки Толстошеевых могли быть выходцами из этих земель, хотя без генеалогических изысканий точную локализацию рода установить нельзя. Фамилия не относится к числу дворянских, но и не была исключительно крестьянской: судя по упоминанию помещика Федора Толстошеина в 1614 году, носители прозвища встречались и в служилой среде.