Фамилия Астальцева — женская форма мужской фамилии Астальцев. Чтобы понять её происхождение, логичнее разобрать мужской вариант, так как именно он лежит в основе.

Словообразовательная модель здесь не самая частая. Суффикс -ев указывает на принадлежность: Астальцев — это «сын Астальца» или «человек из рода Астальца». Но что такое «Асталец»? Скорее всего, это прозвище, образованное от названия жителя по месту жительства. В русской ономастике известен топоним Астал — так называлась река в бассейне Оки, а также, возможно, деревня или урочище. 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.

Вторая, менее вероятная, но возможная версия — 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 чаще, чем фамилии от столь редких церковных имен.

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. Суффикс -цев (в мужском варианте) типичен именно для фамилий, образованных от прозвищ с окончанием -ец, что подтверждает версию о «человеке из определенного места».

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».