Фамилия Жолтышева принадлежит к распространённому в России типу фамилий, образованных от прозвища или мирского имени с помощью суффикса принадлежности -ев. В данном случае основа — Жолтыш.

Слово «жолтыш» — это диалектный вариант прилагательного «жёлтый». В русских говорах, особенно на юге и западе, звук [о] под ударением после шипящих часто переходил в [ё], а затем в [е] (сравните: чёрный — черныш, жёлтый — желтыш). Таким образом, «жолтыш» — то же, что «желтыш». Так могли прозвать человека за цвет волос (рыжеватый, соломенный), за цвет кожи (бледный, желтоватый) или за то, что он носил одежду жёлтого цвета. В некоторых говорах «желтышом» называли также гриб-лисичку или яичный желток, но прозвище человека, скорее всего, связано именно с внешностью.

Суффикс -ев в окончании фамилии указывает на то, что она образована от имени или прозвища, оканчивающегося на мягкий согласный или шипящий (Жолтыш — Жолтышев). Форма Жолтышева — это женский вариант фамилии, который закрепился за женщинами в современном русском языке, хотя исторически мог означать «принадлежащая Жолтышу» (например, вдова или дочь).

Интересная деталь: фамилия Жолтышев (и её женская форма) явно менее распространена, чем однокоренные Желтов, Желтухин или Желтышев. Вариант с буквой «о» в корне — «жолтый» вместо «жёлтый» — характерен для северных и восточных русских говоров, где не было перехода «е» в «о» под ударением. Поэтому носители фамилии Жолтышева, вероятно, имеют корни из тех регионов, где в речи сохранялось старинное произношение: Вологодчина, Архангельская область, Урал или Сибирь. В официальных документах XIX века писарь мог записать прозвище так, как слышал, — с «о», и эта буква закрепилась в паспорте.

Сословно фамилия не даёт точной подсказки: прозвище по цвету волос могли дать и крестьянину, и посадскому человеку. Но если судить по географии бытования (северные и уральские говоры), предки Жолтышевых были, скорее всего, государственными или черносошными крестьянами, которые не знали крепостного права. Встречается эта фамилия и в среде старообрядцев, которые селились в глухих лесах и сохраняли архаичные черты языка.