Фамилия Карцева — женская форма фамилии Карцев, и её происхождение напрямую связано с прозвищем Карец. В основе этого прозвища лежит прилагательное «карий», то есть тёмно-коричневый, тёмный. Чаще всего карим называли цвет глаз, но в народной речи слово могло относиться и к смуглой коже или тёмным волосам. Так что прозвище Карец, скорее всего, получал смуглый, черноволосый или кареглазый человек.

Фамилия образована по типичной для русских фамилий модели: к основе Карец добавился патронимический суффикс -ев (вариант -ов после мягкого согласного). Получается, что Карцев — это буквально «сын Карца», то есть потомок человека по прозвищу Карец. А Карцева — соответственно, жена или дочь Карцева.

Стоит обратить внимание на редкость самого прозвища Карец. В старых документах оно встречается нечасто, что делает фамилию относительно малораспространённой. Гораздо чаще встречаются однокоренные фамилии от слова «карий» с другими суффиксами: Кареев, Кариев, Карягин. Фамилия Карцев (и Карцева) выделяется на их фоне именно формантом -ец, который в русских прозвищах часто указывал на носителя признака (ср. Молодец, Удалец). Таким образом, Карец — это не просто «карий», а человек, которого эта черта особенно выделяла.

Географически фамилия Карцева встречается в разных регионах России, но заметных «гнёзд» концентрации не образует. В дворянских родословных книгах эта фамилия не зафиксирована, что указывает на её происхождение из крестьянской или мещанской среды. Встречается и вариант с ударением на первый слог — Ка́рцева, что может указывать на происхождение от другого корня (например, от слова «карц» — тюремная камера, но эта версия менее вероятна для фамилии, так как прозвище из тюремной лексики возникло бы позже, чем слово «карий»).