Фамилия Жгольтобрюховский — один из тех редких случаев, когда сложносоставное прозвище почти без изменений перешло в фамилию, сохранив свою громоздкую и выразительную форму. Её основа — «жгольтобрюх» — с большой вероятностью восходит к украинскому или белорусскому диалектному слову «жгольт» (или «жовть»), означающему желток, нечто жёлтое. Соответственно, «жгольтобрюх» — человек с жёлтым, возможно, болезненным или просто светлым животом. Прозвища по цвету частей тела были распространены в народной среде: «Краснобрюх», «Белобрюхов», «Синебрюхов» — и Жгольтобрюховский стоит в этом же ряду, но с более редким цветовым оттенком.

Модель образования фамилии — типичная для польской и западнорусской шляхты: основа прозвища плюс суффикс -овск-/-евск-, а затем окончание -ий. Такие фамилии на -ский первоначально указывали на принадлежность к месту или роду, но в случае с Жгольтобрюховским суффикс, скорее всего, добавили для «облагороживания» грубоватого прозвища, что часто делали при переходе в шляхетское сословие или при записи в реестры. Носитель фамилии мог быть мелким землевладельцем или казаком, получившим герб за службу — в Речи Посполитой так формировались целые гнёзда однокоренных фамилий.

Географически фамилия тяготеет к региону современной Западной Украины, Беларуси и юго-востока Польши — ареалу, где смешивались восточнославянские и польские ономастические традиции. Встречаемость её крайне низкая: в современных базах данных и телефонных справочниках она практически не фиксируется, что говорит либо о её почти полном исчезновении, либо о сильном изменении в советское время. Возможно, предки носителя фамилии были из Волынской или Гродненской губерний, где подобные составные прозвища встречались у крестьян и однодворцев.

С точки зрения словообразования, интересно, что фамилия не сократилась и не упростилась со временем: «Жгольтобрюховский» — длинная цепочка из пяти слогов, что нетипично для русских фамилий, которые обычно укорачивались в быту. Это указывает на то, что фамилия могла быть записана в документах один раз и в таком виде закрепилась, не пройдя через устную традицию сокращений.