Фамилия Черноземцев — один из тех случаев, когда прозвище превратилось в фамилию почти без изменений, сохранив прямую связь с землёй. Её основа — «чернозем», то есть самый плодородный тип почвы, богатый перегноем. Человек, получивший такое прозвище, вероятно, владел или обрабатывал участок с чернозёмом, либо сам был выходцем из местности, славившейся этими землями. В центральной и южной России, где чернозём — главное богатство, такое прозвище могло быть и у крестьянина, и у землемера, и у помещика, чьи угодья отличались особым качеством.

Суффикс «-ев» указывает на стандартную патронимическую модель: Черноземцев — буквально «сын Черноземца». Это типичная русская фамилия, образованная от прозвища с помощью притяжательного суффикса, который закрепился в документах в XIX веке, когда крестьянам массово давали фамилии по прозвищам отцов. Интересно, что в отличие от фамилий на «-ский» (вроде Черноземского), которые часто носили дворяне или духовенство, форма на «-ев» — однозначно крестьянская или мещанская.

Слово «чернозем» в основе — не просто географический термин, а символ плодородия. Прозвище Черноземец могло быть дано не только по месту жительства, но и как метафора: так могли назвать зажиточного, «жирного» хозяина или, наоборот, человека, который постоянно пачкался в земле. В ономастических словарях (например, у Б. Унбегауна) фамилии с корнем «зем-» разбираются как указание на земледельческий быт, но Черноземцев стоит особняком — здесь нет суффикса «-дел» (как в Земледельцеве), а есть прямое название почвы, что делает её более редкой.

Географически фамилия тяготеет к югу России — Воронежской, Тамбовской, Курской и Липецкой областям, где чернозём — основа сельского хозяйства. Встречается она нечасто: по данным современных телефонных справочников, наибольшая концентрация носителей — в Липецкой области и на юге Подмосковья. Вариант написания с «о» после «ц» (Черноземцов) встречается, но реже и считается орфографической ошибкой, закреплённой в паспортах.

Сравнение с однокоренными фамилиями — Чернозёмов, Черноземский — показывает, что Черноземцев сохранило самую прямую, «мужицкую» форму. Чернозёмов могло быть образовано от имени-прозвища Чернозём (без суффикса «-ец»), а Черноземский — от названия населённого пункта вроде Черноземье. Таким образом, Черноземцев — это фамилия-прямая наследница прозвища, которое говорило о человеке: либо он пахал на лучшей земле, либо сам был ей под стать.