Фамилия Воловей — один из тех случаев, когда прозвище перешло в наследственное имя почти без изменений, сохранив исходный звук и экспрессию. В отличие от большинства русских фамилий на -ов или -ин, эта образована напрямую от прозвища без дополнительного патронимического суффикса, что указывает на её относительно позднее оформление в среде украинского или южнорусского населения, где такие «чистые» формы встречаются чаще.

В основе лежит прозвище Воловей. Его значение прозрачно: «вол» и «вей» — корень, связанный с витьём, кручением. Скорее всего, так называли человека, который занимался погонкой волов, управлял упряжкой, то есть погонщика волов. В южных и центральных губерниях Российской империи, где волы были основной тягловой силой, такое занятие было распространённым, и прозвище могло закрепиться за крестьянином, чья работа была неразрывно связана с этими животными. Менее вероятная, но допустимая версия связывает прозвище с образом сильного, упрямого человека, которого «не своротишь», но это уже вторичное осмысление.

Суффикса -ей в русской антропонимике не так много, и он придаёт прозвищу оттенок действия или свойства: Воловей буквально — «тот, кто вьёт (правит) волов». Такая модель характерна для украинских фамилий (сравните: Бондарь, Коваль, Швець), где прозвище по профессии часто становилось фамилией без изменений. В русской традиции подобные формы встречаются реже и обычно указывают на переселенцев с юга или запада.

Фамилия редкая, её география тяготеет к Черниговской, Полтавской и Харьковской губерниям, а также к прилегающим областям современной России. Встречается и вариант Воловьей, где окончание склоняется по типу притяжательных прилагательных, но это уже более поздняя адаптация. Никаких данных о дворянском происхождении или известных исторических носителях нет — фамилия оставалась крестьянской, что подтверждает её сугубо бытовую, профессиональную основу.