Фамилия Чугунцев образована от прозвища или профессии, связанной с чугуном. В основе лежит слово «чугун» — металл, а суффикс «-ев» указывает на принадлежность: Чугунцев буквально означает «сын Чугунца» или «из семьи Чугунца». Такого человека могли прозвать за крепкое телосложение, упрямство или за работу с чугуном — например, литейщика, кузнеца или мастера чугунолитейного дела. В русских говорах «чугун» использовали и как прозвище для тяжелого, неповоротливого человека, что тоже могло стать причиной фамилии.

Модель образования — патронимическая, с суффиксом «-ев», который в русских фамилиях присоединялся к основам на мягкий согласный или шипящий. Здесь основа «Чугун-» дала форму «Чугунец» (человек, связанный с чугуном), а от неё — «Чугунцев». Вариант с суффиксом «-ов» (Чугунцов) встречается реже, но тоже возможен, особенно в южных регионах, где «-ов» вытеснял «-ев» в устной речи.

Географически фамилия тяготеет к уральским и центральным губерниям России — местам, где с XVIII века активно развивалась чугунолитейная промышленность. На Урале, в Пермской и Вятской губерниях, фамилия Чугунцев фиксируется в метрических книгах XIX века, что подтверждает её связь с ремеслом. Встречается она и у казаков, где прозвище Чугун могло закрепиться за выносливым бойцом.

С точки зрения социального статуса, Чугунцевы — скорее всего, выходцы из крестьян или мастеровых, а не дворян. В списках дворянских родов фамилия не значится, что типично для профессиональных прозвищ, перешедших в фамилии. В советское время фамилия не потерялась, но осталась редкой: по данным переписей, её носителей не более нескольких тысяч по всей России.

Если брать ономастику, Чугунцев — пример прозвищной фамилии, где исходное слово не имя, а характеристика или занятие. В словаре Б. Унбегауна такие фамилии отнесены к группе «ремесленных», хотя сам Чугунцев там не упомянут — скорее всего, из-за локального распространения. В любом случае, фамилия говорит о предке, который либо лил чугун, либо сам был под стать этому металлу.