Фамилия Колонцева — женская форма фамилии Колонцев. Её основа — прозвище или нецерковное имя Колонец. В русской ономастике суффикс -ец часто указывал на человека по месту жительства или характерному признаку, а также мог образовывать прозвища от названий предметов или действий.

Самая вероятная версия связывает фамилию со словом «колонок» — так в Сибири и на Урале называли хищного зверька из семейства куньих, ценного пушного вида. Прозвище Колонец могли дать охотнику, добывавшему колонков, или человеку, чем-то напоминавшему этого зверька — например, ловкостью, окраской волос или небольшим ростом. В этом ряду стоят фамилии Колонков, Колонкин, образованные от того же корня.

Менее распространённая гипотеза — связь с географическим названием. В Тверской области есть деревня Колонцы, в Беларуси — село Колонцы. Переселенец из такого места мог получить прозвище Колонец, то есть «выходец из Колонцов». Эта версия правдоподобна, но уступает «звериной» по частотности: прозвища от названий животных в русских фамилиях встречаются гораздо чаще, чем топонимические.

Суффикс -ов- в фамилии Колонцев — стандартный патронимический формант, указывающий на принадлежность: «сын Колонца». Фамилия достаточно редкая, её очаги бытования, по данным современных справочников, тяготеют к Поволжью и Уралу — регионам, где колонок был промысловым зверем. В дореволюционных списках она не фиксируется среди дворянских или купеческих родов, что указывает на крестьянское или мещанское происхождение большинства носителей.

Ударение в фамилии обычно падает на второй слог: Коло́нцева. Вариант с ударением на первый слог (Ко́лонцева) встречается реже и может быть следствием диалектного произношения.