Фамилия Колонцев образована от прозвища или нецерковного имени Колонец. Разбираем её по составу: корень «колон-», суффикс «-ец» и фамильный суффикс «-ов». Суффикс «-ец» в русских прозвищах часто указывал на человека, связанного с местностью или предметом, названным корнем. В данном случае «колон-» может отсылать к слову «колонна» — в архитектурном или военном смысле. Прозвище Колонец могли дать человеку высокому, стройному, «как колонна», либо тому, кто жил у заметной колонны или столба. Вторая версия — связь с южнорусским или украинским словом «колон» (колодец, источник). Тогда Колонец — человек, живший у колодца или копавший их. Третья, более редкая гипотеза: от польского «kołnierz» (воротник), но для фамилии Колонцев это маловероятно, так как фонетически не совпадает.

Суффикс «-ов» в конце — стандартный патронимический (отчество) или посессивный (принадлежность) формант, типичный для центральной России и Поволжья. Он указывает, что родоначальника звали Колонец, а его потомки стали Колонцевыми. Фамилия недворянская, скорее всего, крестьянская или мещанская, так как образована от прозвища, а не от имени святого или топонима.

Встречается фамилия преимущественно в центральных областях России, особенно в Рязанской и Тамбовской губерниях, где фиксировалась в метрических книгах XIX века. В словаре Б. Унбегауна «Русские фамилии» подобные модели с суффиксом «-ец» описаны как характерные для прозвищ, обозначавших внешность или занятие. Колонцев — фамилия, которая прямо говорит: предок был либо видным, статным человеком, либо жил у колодца. Обе версии правдоподобны, но первая (от «колонна») встречается чаще в источниках по прозвищам.