Фамилия Агатцев — редкая, но её разбор сразу наталкивается на кажущуюся прозрачность. Первое, что приходит в голову: связь с камнем агатом. Однако в русской ономастике прямое происхождение от названия минерала маловероятно. Фамилии от названий драгоценных и полудрагоценных камней (например, Изумрудов, Алмазов) в России действительно встречаются, но они, как правило, семинарские — их давали в духовных училищах будущим священникам за благозвучие. У Агатцева другой механизм, и выдает его суффикс.

Ключ к разгадке — суффикс -цев (фонетический вариант -цов). Это притяжательный суффикс, указывающий на принадлежность: «чей?» — «агатцев», то есть сын или потомок человека по прозвищу Агатец. Это отчество, а не прямое название камня. Само прозвище Агатец могло возникнуть в среде, где слово «агат» имело бытовое значение. В южнорусских и украинских говорах «агат», «агатий» — народное название растения, чаще всего агавы. По некоторым данным, так называли человека с большими, выпуклыми глазами (по аналогии с «агатовыми» глазами — твёрдыми, блестящими). Встречается и версия, что «агат» — искажённое греческое имя Агапий (Агап) или Агафон, которое в народной среде звучало как «Агат». Если бы фамилия вела начало от полной формы имени Агафон, она выглядела бы как Агафонов. А вот от краткой, уличной формы «Агат» через промежуточное прозвище Агатец — как раз Агатцев.

Наиболее правдоподобная версия: предок носителя фамилии был человеком по прозвищу Агатец. Прозвище могло быть связано с внешностью (глаза, похожие на агат) или с характером (твёрдый, «каменный»), либо с растением. Менее вероятно, но не исключено, что суффикс -ев дал бы форму Агатев, но в диалектах её переосмыслили как более привычную для отчеств форму на -ец.

Географически фамилия Агатцев встречается крайне редко, единичные случаи зафиксированы на юге России и в Поволжье. Это говорит о локальном, «гнездовом» происхождении: все носители, скорее всего, восходят к одному конкретному роду. Сословно это, вероятно, крестьянская или мещанская фамилия, а не дворянская или семинарская, так как суффикс -цев типичен для простонародных отчеств, а не для искусственных книжных образований.