Фамилия Грацелев — один из тех случаев, когда за привычным русским суффиксом -ев скрывается нерусская, скорее всего польская или украинская, основа. Если отбросить окончание, остаётся корень Грацел-, который в русском языке не встречается ни как самостоятельное слово, ни как распространённое имя. Самая прямая версия: в основе лежит польское или западноукраинское прозвище Gracel, образованное от глагола gracić — «ладить», «подходить», «быть к лицу». Так могли назвать человека покладистого, удобного в общении или, наоборот, того, кто постоянно подлаживался под других. В польском это слово имеет и более конкретный оттенок: «грациозный», «изящный» — то есть прозвище могло относиться к человеку с плавными движениями или хорошими манерами.

Менее вероятная, но допустимая версия связывает фамилию с немецким Grätz или Grätzel — уменьшительной формой от имени Грегор (Григорий). В этом случае Грацелев — это русифицированная форма немецкой фамилии, которую принесли в Россию переселенцы или специалисты из немецких княжеств в XVIII–XIX веках. Однако суффикс -ев в таком случае настораживает: он характерен для русских фамилий от прозвищ, а не для прямого заимствования. Если бы фамилия была чисто немецкой, она скорее осталась бы как Грацель или Гретцель.

Географически фамилия редкая и тяготеет к юго-западным областям бывшей Российской империи — современной Беларуси, Украине, а также к Польше. В дореволюционных списках она встречается в Подольской и Волынской губерниях, что подтверждает западнославянское происхождение. Носители фамилии могли быть мещанами или крестьянами, в редких случаях — обедневшей шляхтой, поскольку польская шляхта часто носила прозвища на -el, -ec.

Словообразовательная модель проста: основа Грацел + суффикс -ев, указывающий на принадлежность («чей?» — Грацелев сын). То есть изначально это было отчество или прозвище главы семьи. Со временем ударение сместилось на первый слог (Грацелев), хотя в польском оригинале оно падало бы на второй (Грацель). В современной России фамилия остаётся штучной — её носителей можно пересчитать по пальцам, что делает её особенно ценной для генеалогического поиска.