Фамилия Толстошеин образована от прозвища Толстошея. Оно ведет свое начало от словосочетания «толстая шея». Вероятно, прозвище Толстошея содержало указание на особенности внешности основателя фамилии: он мог быть физически крепким, хорошо сложенным, обладающим мощной шеей человеком. В старину двусоставные прозвища с корнем «толст-» были чрезвычайно популярны. Веселовского упоминаются: 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), а также крестьянин Толстые Пальцы (1540 год, Новгород). Так и прозвище Толстошея закрепилось за человеком в качестве наиболее употребительного именования, а со временем легло в основу фамилии Толстошеин. Таким образом, потомок человека, обладающего прозвищем Толстошея, со временем получил фамилию Толстошеин.