Фамилия Ахтырцева образована от топонима — названия города Ахтырка (сейчас это райцентр в Сумской области Украины). Основатель рода мог родиться или жить в Ахтырке, а при переезде в другую местность получил прозвище Ахтырец — «выходец из Ахтырки». Суффикс -ев- стандартно указывает на принадлежность: Ахтырцев — «сын Ахтырца», «потомок человека из Ахтырки». Женская форма Ахтырцева — это вариант по мужу или отцу, закрепившийся в документах.

Интересная деталь: в основе фамилии лежит не личное имя и не ремесло, а именно географическое название. Ахтырка известна с XVII века как укреплённый пункт Слободской Украины, её название связывают с тюркским словом «ак-тыр» (белый холм, белая гора). Поэтому фамилия Ахтырцев/Ахтырцева — типичный пример «географической» фамилии, распространённой среди переселенцев из южнорусских и украинских земель.

Встречается фамилия преимущественно в центральных и южных областях России, а также на востоке Украины. В дореволюционных переписях Ахтырцевы могли быть как крестьянами, перебравшимися в другие губернии, так и мещанами, купцами, духовенством — точных данных о сословной принадлежности без генеалогического поиска нет. Суффикс -ев, а не -ов, подсказывает, что основа оканчивалась на мягкий согласный или «ц» (Ахтырец → Ахтырцев), что типично для фамилий, образованных от названий городов на -ка, -ец.

Однокоренные фамилии — Ахтырский, Ахтырченко, Ахтырчук — встречаются реже и тоже восходят к тому же топониму. Написание «Ахтырцева» с буквой «ы» после «х» сохраняет историческое произношение, близкое к украинскому оригиналу.