Фамилия Желдобаева — редкая и неочевидная с точки зрения происхождения. Её основа «желдоба» в современном русском языке не встречается, поэтому разбирать фамилию приходится по косвенным данным, привлекая диалектную лексику и исторические источники.

Словообразовательная модель проста: суффикс -ев указывает на принадлежность (буквально «сын Желдобы»), а окончание -а — женский вариант фамилии. Мужская форма — Желдобаев. Вопрос упирается в прозвище или имя Желдоба. Тут возможны две версии, и вторая убедительнее.

Первая, лежащая на поверхности: «желдоба» — искажённое «желдь» (жёлудь) или «желоб». Но для прозвища «Жёлудь» в русской ономастике есть форма Жолудев, а «Желоб» дал бы Желобов. Вариант с «д» выглядит чужеродным для этих корней.

Вторая версия, которую поддерживает большинство специалистов по тюркским заимствованиям: фамилия восходит к тюркскому слову «йылдыз» или «жылдыз» — звезда. В русских говорах и в документах XVI–XVII веков фиксировались формы «жилдыз», «джилдыз», а при адаптации конечное «-ыз» могло перейти в «-оба» или «-обай». Прозвище Желдоба (Звезда) могли дать человеку с яркой внешностью, удачливому или рождённому в ясную звёздную ночь. Фамилии с корнем «йылдыз» встречаются у татар, башкир, казахов (например, Юлдыбаев), и Желдобаев — один из русифицированных вариантов.

Географически фамилия тяготеет к югу России, Нижнему Поволжью и Западной Сибири — регионам, где столетиями шло смешение славянского и тюркского населения. В дореволюционных метрических книгах Желдобаевы встречаются среди казаков Оренбургского войска и государственных крестьян бывшей Казанской губернии. Сословная принадлежность — в основном крестьянская и казачья, без дворянских ветвей.

Написание фамилии устойчивое: через «е» после «ж», а не через «ё» или «о». Встречающийся изредка вариант Жолдобаев — результат аканья в устной речи, но исторически верная форма — с «е».