Фамилия Водостоев — редкий случай, когда корень не прячется за столетиями языковых изменений, а лежит на поверхности. Основа здесь — «водосток»: труба или жёлоб для отвода воды. Казалось бы, прозвище могло закрепиться за кровельщиком или печником, но ономасты сходятся на другом: так могли назвать человека, жившего у сточной канавы, оврага или в низине, где весной скапливалась вода. Сработал тот же механизм, что в фамилиях Запрудный, Болотов или Овражкин.

Суффикс -ев указывает на притяжательную модель: «чей?» — Водостоев, то есть сын или потомок Водостоя (так в старину звучало бы прозвище). В говорах слово «водостой» фиксировалось как «водоём, бассейн», но для фамилии логичнее связь с отводом воды — слишком специфично ремесло водостоков для массового прозвища. Второй вариант, который иногда приводят, — происхождение от гидронима Водостой (названия ручья или речки), но документальных подтверждений такому топониму нет.

Фамилия почти не встречается за пределами России и не образует гнёзд с однокоренными (вроде Водостокин или Водостоевский). Это говорит о её локальном бытовании: вероятно, она возникла в одной из северных или центральных губерний, где слово «водосток» бытовало в бытовой речи. В дореволюционных переписях носители Водостоевых числились в основном среди крестьян и мещан — дворянских родов с такой фамилией не зафиксировано.

Единственная лингвистическая неожиданность: фамилия сохранила полногласный вариант корня («водосто-» вместо более позднего «водосток-»). В XIX веке написание могло колебаться — встречались формы Водостоев и Водостоков, но первая закрепилась как основная. Сегодня фамилия остаётся штучной: по открытым данным, в России её носят не более нескольких сотен человек, и почти все они сосредоточены в европейской части страны.