Фамилия Карельцев — один из тех случаев, когда этническое прозвище предка прямо указывает на его происхождение или место жительства. В основе лежит слово «карел» — житель Карелии или человек карельского племени. Суффикс -цев (фонетический вариант более распространённого -цов) указывает на модель образования по принципу «чей?»: Карелец — Карельцев, то есть «сын карела» или «потомок человека по прозвищу Карелец». В русской ономастике такие фамилии на -цев относятся к патронимическим и обычно возникали в среде служилых людей и крестьянства в XVI–XVII веках.

Обратите внимание на редкий вариант суффикса. В большинстве аналогичных фамилий (Карелов, Карельский, Карелин) используется -ов или -ин. Форма на -цев встречается реже и характерна для северных и центральных областей России, где активно шли контакты с карельским населением. В документах XVII века встречаются прозвища «Карелец» — так могли называть переселенца из Карелии, который говорил с заметным акцентом или сохранял карельские обычаи.

Есть и вторая, менее вероятная версия: связь с гидронимом Карель или Карелька — так в некоторых регионах называли небольшие речки и ручьи, но это скорее местная топонимическая случайность. Основной, надёжный корень — этноним «карел». Географически фамилия Карельцев тяготеет к Вологодской, Архангельской и Ленинградской областям, где в XVI–XVIII веках карельские общины активно смешивались с русским населением.

Сословная принадлежность носителей фамилии неоднородна: среди Карельцев были и государственные крестьяне, и мещане, и купцы. В XIX веке фамилия фиксируется в метрических книгах Олонецкой губернии и в Петербурге, куда карелы переселялись на заработки. Сейчас фамилия редкая, её носители живут в основном на северо-западе России и в Москве.