Фамилия Кардавильцева — редкий случай, когда географическая привязка перевешивает прозвищную. Её основа — топоним, а не имя или занятие.

Корень «Кардавиль» отсылает к названиям населённых пунктов в южных и западных регионах бывшей Речи Посполитой. Известны, например, местечко Кардавиль на Волыни или урочища с похожим звучанием. Слово могло восходить к литовскому «kardas» (меч) или польскому «kard» (меч, палаш), но в составе фамилии это не прозвище воина, а указание на выходца из конкретного села.

Суффикс «-цев» — типичный для русских фамилий, образованных от названий мест: «кто из Кардавиля» → Кардавилец → Кардавильцев. Форма «Кардавильцева» — женский вариант. Мужская фамилия оканчивается на «-ев», а не на «-ов», что характерно для основ на мягкий согласный или «й». Суффикс «-ев» здесь присоединился к основе, заканчивающейся на «-ль», что грамматически верно.

Сословное происхождение не определено однозначно. Фамилии на «-цев» встречались и среди крестьян, переселившихся из одной губернии в другую, и среди мещан. Кардавильцевы могли быть однодворцами — потомками служилых людей, охранявших южные границы, или просто крепостными, которых перевезли помещики. В метрических книгах XIX века фамилия фиксируется преимущественно в Центральной России и Поволжье — это косвенно указывает на миграцию из западных областей после разделов Польши.

Сравнение с однокоренными фамилиями — Кардаш, Кардашенко, Кардашевский — показывает, что основа «Карда» в русском ономастиконе не единична. Но именно вариант «Кардавильцев» сохранил полную форму топонима, что делает его ценным для историка: по такой фамилии можно восстановить точное место выхода предка, если сохранились старые карты или ревизские сказки.