Фамилия Колтунцева — женская форма фамилии Колтунцев. В основе лежит прозвище Колтун. Слово «колтун» в старых русских говорах имело два значения, и оба могли стать источником фамилии.

Первое значение — болезненное спутывание волос, свалявшийся ком. В народной культуре колтун считался не просто неопрятностью, а особым состоянием, которое могли приписывать колдунам или людям с «дурным глазом». Прозвище Колтун могли дать человеку с нечёсаными волосами, а возможно — и в переносном смысле, как «непростого», «сумрачного» или даже «ведуна». Второе значение — репейник, цепкий сорняк. Здесь прозвище указывало на назойливого или хваткого человека.

Фамилия образована по притяжательной модели: Колтун → Колтун-ец (чей сын, потомок?) → Колтунцев. Суффикс -ец в этой фамилии редкий и интересный. В отличие от массового -ов/-ев, -ец чаще встречается в южнорусских и украинских фамилиях (сравните: Коваль → Ковалец → Ковальцев). Это указывает на возможное происхождение предка из южных областей России, с Дона, Кубани или из украинских земель. Фамилия Колтунцев — нечастая, в списках массовых русских фамилий она не значится, что подтверждает её локальный характер.

Таким образом, предок Колтунцевых — человек, получивший прозвище Колтун (по внешности или по характеру) или Колтунец, а его потомки стали Колтунцевыми. Однофамильцы по мужской линии — Колтунцов.