Фамилия Жолтонога — редкий случай, когда прозвище застыло в форме родительного падежа. В основе лежит украинское или южнорусское прозвище Жолтонога — «жёлтая нога». Почему так могли назвать человека? Самая прямая версия — по цвету кожи или по обуви: либо у человека была желтоватая кожа на ногах (например, из-за болезни), либо он постоянно носил сапоги или лапти из жёлтой кожи (юфти). В украинских говорах «жовтий» — жёлтый, и именно в украинской среде фамилия встречается заметно чаще, чем в великорусской.

Словообразовательная модель необычна для русских фамилий: окончание -а указывает на форму родительного падежа единственного числа. Такие фамилии (Жолтонога, Кривошея, Голопуза) обычно означают «сын такого-то» или «человек из семьи такого-то»: буквально «(сын) Жолтоноги». В украинской ономастике эта модель встречается чаще, чем в русской, и восходит к древним прозвищам, которые не переделывали в притяжательные прилагательные с суффиксами -ов/-ев. Сравните с фамилиями Кривонос, Сухоруков — там суффикс уже добавили, а Жолтонога сохранила архаичную форму.

Географически фамилия привязана к Украине и югу России. По данным переписей XIX — начала XX века, Жолтоноги чаще всего встречались в Полтавской, Харьковской, Киевской губерниях, а также в Области Войска Донского. Это говорит о том, что предки носителя фамилии — скорее всего, казаки или крестьяне из украинских земель. В центральных и северных губерниях России фамилия почти не фиксируется.

В написании возможна путаница: в старых документах букву «ё» часто заменяли на «е» (Желтонога) или писали через «о» с ударением на второй слог (Жолтонога́). Современное ударение обычно падает на первый слог — Жо́лтонога, хотя в украинском варианте возможно и на последний. В любом случае, корень один — цветовая характеристика, которая перешла в прозвище, а затем в фамилию.

Если искать параллели, то однокоренные фамилии — Желтоногов, Желтоножкин, Желтоногий — встречаются чаще, но все они образованы от того же прозвища. Именно форма без суффикса — Жолтонога — самая редкая и самая старая по модели.