Фамилия Карцев образована от прозвища Карец. В основе этого прозвища лежит прилагательное «карий» — так в старину называли тёмно-коричневый, каштановый цвет, чаще всего применительно к глазам или волосам. Поэтому Карец — это человек со смуглой кожей, чёрными волосами или карими глазами. Со временем прозвище закрепилось за потомком как фамилия: сын, внук или правнук того, кого прозвали Карец, стал писаться Карцевым.

Интересно, что суффикс -ец в прозвище Карец — нечастая модель для русских фамилий. Обычно от прилагательных на -ий образовывали прозвища с суффиксом -як (Каряк) или -ыш (Карыш). Форма на -ец встречается реже и может указывать на южнорусское или украинское влияние: в этих говорах суффикс -ец был продуктивнее. Поэтому географически фамилия Карцев могла возникнуть не в центральных, а в южных областях России или на границе с Украиной.

Также не стоит путать Карцева с однокоренными, но разными по происхождению фамилиями Кареев (от имени Карей) или Карякин (от прозвища Каряка). В случае с Карцевым основа прозрачна: прямое указание на внешность предка. Никаких сложных профессиональных или топонимических версий здесь нет — фамилия из разряда «цветных» прозвищ, таких как Белов, Чернов, Рыжов, только с более редким исходным словом.