Фамилия Артамонцева происходит от канонического имени Артемон. В основе лежит греческое слово со значением «невредимый» — так нарекали ребёнка, желая ему здоровья и защиты от бед. Но интереснее здесь не столько корень, сколько суффиксальная модель: фамилия образована не прямой патронимической формой на -ов/-ев (как Артамонов), а через уменьшительно-ласкательный вариант имени — Артамонец. Суффикс -ец в русской ономастике часто указывал на молодость, сыновство или принадлежность к младшей ветви рода. В сочетании с притяжательным суффиксом -ев получается буквально «чей?» — сын Артамонца, то есть маленького или младшего Артамона.

Такая модель встречается реже, чем стандартные Артамонов или Артамонкин, и привязывает фамилию к определённым говорам. Формы на -цев особенно характерны для северных и центральных областей России — Вологодчины, Костромской, Ярославской губерний. Там имя Артамон (народная форма от Артемий) было в ходу у крестьян и посадских людей. Со временем потомок человека, которого звали Артамонцем, закрепил за собой фамилию Артамонцева.

В документах XVII–XVIII веков встречаются и Артамоновы, и Артамонцевы, но вторые почти всегда сосредоточены в одном ареале: переписные книги Вятки и Устюга Великого фиксируют крестьян с прозвищем Артамонец. Это говорит о том, что фамилия сложилась не в столичной среде, а в глубинке, где именные варианты дольше сохраняли живую уменьшительную форму. Таким образом, Артамонцева — не просто «потомок Артамона», а потомок именно младшего или ласково называемого Артамона, что делает фамилию более конкретной и регионально окрашенной.