Фамилия Астальцев — одна из тех, где на первый взгляд ясная основа при ближайшем рассмотрении ставит вопросы. В ней отчетливо выделяется суффикс -ев, указывающий на принадлежность («чей?»), и типичное для русских фамилий окончание. Корень — Астальц-, и именно он требует разбора.

Самая вероятная версия связывает фамилию с именем или прозвищем Асталец. В основе лежит крестильное имя Евстафий (в просторечии — Астафий, Остап) или, реже, Анастасий. Уменьшительная форма от Астафия — Асталя, от которой через притяжательное прилагательное и образовалось прозвище Асталец. То есть Астальцев — буквально «сын Астальца», потомок человека, которого в округе звали Астальцем.

Менее вероятна, но не исключена связь с диалектным словом «астал» или «остал». В некоторых говорах так могли называть упрямого, «остающегося при своем» человека, либо того, кто «остался» (например, последним ребенком в семье). Однако эта версия слабее: прозвищная модель с суффиксом -ец обычно образуется от личного имени, а не от нарицательного существительного в такой форме.

Географически фамилия редкая. Встречается в центральных областях России, в частности в Воронежской, Тамбовской и Рязанской губерниях — на территориях, где имя Астафий было традиционно распространено среди крестьян. Сословно — почти наверняка крестьянская, образованная в среде, где фамилии закрепились в XVIII–XIX веках через прозвище главы семьи.

Сравнение с однокоренными фамилиями помогает увидеть модель: Астахов, Астафьев, Астапенко — все они восходят к тому же имени Евстафий, но через разные суффиксы. Астальцев — более редкий вариант, сохранивший уменьшительную форму с суффиксом -ец, что делает её отличной от более частотных Астафьевых и Астаховых.