Фамилия Емельцев образована от имени Емельян, народной формы канонического имени Емилиан (от латинского Aemilius — «соперник», «ревностный»). В русском языке имя Емельян было широко распространено, отсюда множество производных фамилий: Емельянов, Емелькин, Емелин, Емельцев. Последняя стоит в ряду отчеств на -цев, образованных от краткой формы Емелец: так в быту могли называть сына или слугу человека по имени Емельян. Суффикс -ев в фамилии указывает на принадлежность («чей?» — Емельцев), а основа Емельц- — это усечённая форма имени с уменьшительным суффиксом -ец.

Особенность фамилии Емельцев в том, что она относительно редка по сравнению с массовыми Емельяновыми. Модель на -цев типична для северных и центральных областей России, особенно для Вологодчины, Архангельской губернии и Поволжья, где часто усекали полные имена до коротких прозвищ. В переписных книгах XVII века можно встретить крестьян и посадских людей с именем Емелька, Емелец — от них и пошли Емельцевы.

Носители фамилии, скорее всего, происходили из крестьянской или ремесленной среды: фамилии на -цев в массе своей не дворянские, а народные, закрепившиеся за простыми сословиями после отмены крепостного права. Встречается и вариант Емельцов — с окончанием -ов, что говорит о той же основе, но другом патронимическом суффиксе.

Споров о происхождении фамилии нет: корень прозрачен, а альтернативные версии (например, от слова «емель» — якобы «ленивый» в диалектах) не выдерживают критики, так как не фиксируются в авторитетных словарях русских говоров как самостоятельное прозвище. Емельцев — простое и ясное отчество от имени Емельян, застывшее в фамилии.