Фамилия Кельцев — редкий пример, когда географическое название стало основой для фамилии напрямую, без промежуточного прозвища. В большинстве случаев фамилии на -цев/-цов образуются от названий населенных пунктов с суффиксом -ец: житель Кельца — кельцец — Кельцев. Здесь мы имеем дело с топонимической моделью, где корень указывает на конкретное место, а суффикс -ев (фонетический вариант -ов после мягкого согласного) отвечает на вопрос «чей?» — то есть «сын кельцкого человека».

Сам топоним Кельце — это город на юге Польши, известный с XI века. Однако не стоит думать, что все Кельцевы — потомки польских переселенцев. В России фамилия могла закрепиться за выходцами из одноименных деревень, которых было несколько в западных губерниях Российской империи (например, в бывшей Гродненской губернии). Фамилия фиксируется в тверских и псковских писцовых книгах XVII века, причем носители ее часто были не шляхтой, а крестьянами или посадскими людьми, которых записывали по месту выхода.

Вторая, менее вероятная версия, связывает фамилию с прозвищем Келец от диалектного глагола «келькать» — болтать, пустословить. Но эта гипотеза слабая: суффикс -ец в прозвищах редок, а фамилии на -цев от таких основ почти не встречаются. Гораздо логичнее предположить, что предок носителя фамилии просто жил в Кельце или рядом с ним, и его дети стали Кельцевыми.

Интересная деталь: в XIX веке фамилия встречалась преимущественно в южнорусских и малороссийских губерниях — Киевской, Подольской, Волынской. Это косвенно подтверждает связь с польским городом Кельце, который находился в Царстве Польском, и оттуда люди переселялись на восток. Современные носители фамилии живут в основном в центральной России и на Украине, причем написание через «е» (Кельцев) более характерно для русской традиции, а вариант «Кильцев» — для украинской.