Фамилия Ефремцева — женская форма от Ефремцев, а та, в свою очередь, редкий вариант фамилии Ефремов. Если Ефремов образована от полной формы имени Ефрем, то в основе Ефремцев лежит уменьшительная или обиходная форма того же имени — Ефремец. Суффикс -ец в русских именах часто выполнял роль ласкательного или «своего» варианта (как Иванец от Иван, Петрец от Пётр). Поэтому Ефремцев буквально означает «сын (или потомок) Ефремца» — человека, которого в быту звали не полным церковным именем, а по-домашнему, сокращённо.

Имя Ефрем — древнееврейского происхождения, в переводе означает «плодовитый» или «удвоенный». В православной традиции это имя носил преподобный Ефрем Сирин, христианский богослов и поэт IV века. На Руси имя было распространено во всех сословиях, но особенно часто встречалось в крестьянской и купеческой среде. Фамилии на -цев (в отличие от -ов) чаще фиксировались в северных и центральных губерниях России, а также на Урале. Встречаемость Ефремцевых выше в регионах, куда шла колонизация из Новгородских земель и Вятки.

Особенность фамилии — двойная суффиксация: сначала уменьшительное -ец, затем притяжательное -ев. Такая модель (имя + -ец + -ев) встречается реже, чем стандартная Ефремов, и указывает на то, что прозвище Ефремец было устойчивым и передавалось в семье как полуимя. В писцовых книгах XVI–XVII веков можно встретить упоминания крестьян и посадских людей с именами Ефремко, Ефремец — именно из таких записей и вырастала фамилия.

Никакого отношения к слову «ефрейтор» (воинское звание) фамилия не имеет — это случайное звуковое сходство. Ефрейтор заимствовано из немецкого языка лишь в XVIII веке, когда фамилии на -цев уже давно сложились. Так что предки Ефремцевых — скорее всего, земледельцы или ремесленники, а не военные.