Фамилия Астальцева — женская форма, поэтому для понимания её корней логичнее разобрать мужской вариант Астальцев. Словообразовательная модель здесь не самая частая: суффикс -ев указывает на принадлежность, то есть Астальцев — это «сын Астальца» или «человек из рода Астальца». Но что скрывается за прозвищем «Асталец»?

Основная и наиболее правдоподобная версия — географическая. В русской ономастике известен топоним Астал — так называлась река в бассейне Оки, а также, возможно, деревня или урочище с тем же корнем. Тогда «асталец» — это человек, пришедший с реки Астал или из селения Асталово. Такие «географические» прозвища были типичны для крестьян, переселявшихся в другие места: их называли по прежней родине. Суффикс -цев в мужском варианте фамилии как раз типичен для прозвищ с окончанием -ец, что подтверждает эту версию.

Вторая, менее вероятная гипотеза — связь с личным именем Астал или Асталий. Это редкие канонические имена греческого происхождения (от «асталос» — «неколебимый», «стойкий»). В таком случае Астальцев означало бы «потомок Астала». Однако на практике прозвища по месту жительства встречаются гораздо чаще, чем фамилии от столь редких церковных имен, поэтому географическая версия выглядит убедительнее.

Фамилия Астальцева фиксируется преимущественно в центральных и южных областях России, особенно в Воронежской и Ростовской областях. Это указывает на то, что предки носителей фамилии были, скорее всего, однодворцами или государственными крестьянами, переселявшимися в XVI–XVII веках на южные рубежи государства. Таким образом, фамилия Астальцева, вероятнее всего, указывает на родоначальника, которого прозвали Астальцем по месту его прежнего проживания — у реки или в селении с корнем «Астал».