Фамилия Артамонцев — один из тех редких случаев, когда суффикс сам по себе говорит о происхождении больше, чем корень. В основе лежит крестильное имя Артамон — народная русская форма греческого Артемий (посвящённый Артемиде). В святцах известен святой Артемий Веркольский, но в быту имя чаще произносили как Артамон, что и закрепилось в фамилиях.

Суффикс -цев встречается значительно реже, чем массовые -ов или -ин. Обычно он появляется, если основа оканчивалась на -ец: Кузнец — Кузнецов. Но с именем Артамон эта модель работает иначе. Скорее всего, фамилия сложилась не напрямую от имени, а через отчество Артамонцевич («сын Артамона»). Когда отчество сократили, отбросив -евич, осталась форма Артамонцев. Внуки того самого Артамона уже писались как Артамонцевы.

Географически фамилия не столичная. Она встречается в центральных и северных областях России — Вологодской, Костромской, Ярославской губерниях, а также на Урале. Это указывает на крестьянское или мещанское происхождение: в среде духовенства и дворянства такие редкие суффиксы почти не встречались. В переписных книгах XVII века имя Артамон фиксируется довольно часто, но фамилия Артамонцев оформляется позже, к XVIII–XIX векам, когда крестьянам начали массово присваивать фамилии по отцу.

Примечательно, что в некоторых говорах имя Артамон превращалось в Артамоша, откуда пошли параллельные фамилии — Артамошин, Артамонов. Артамонцев стоит особняком: он не просто указывает на имя, а подчёркивает, что носитель — потомок конкретного человека по имени Артамон, причём через форму, которая в XIX веке уже считалась архаичной. Это делает фамилию своеобразным маркером: её обладатели, вероятно, происходят из мест, где долго сохранялись старые модели словообразования.