Фамилия Коновальцев образована от прозвища Коновал или его уменьшительной формы Коновалец. В основе лежат два слова: «конь» и древнерусский глагол «валять», который в прошлом означал не только «катать, мять», но и «лечить». Так что коновал — это не кузнец и не погонщик, а лошадиный лекарь, народный ветеринар. В крестьянском быту коновал был фигурой важной: без него не обходилась ни одна ярмарка, ни одна конная переправа. Он умел пускать кровь, заговаривать грыжу, лечить растяжения и простуды лошадей.

Фамилия построена по продуктивной модели с суффиксом -ев- и окончанием -ц-: от прозвища на -ец (Коновалец) образовали притяжательное прилагательное, которое затем закрепилось как фамилия. Схема та же, что и у фамилий Молодцев, Удальцев, Красавцев: сначала — прозвище на -ец, потом — отчество-фамилия с суффиксом -ев. В говорах форма «Коновальцев» могла закрепиться вместо ожидаемого «Коновалцев» из-за беглого гласного или под влиянием других фамилий с мягким «ль» (например, Кузнецов — Кузнельцев, хотя последнее и редкое).

Интересно, что в отличие от распространённой фамилии Коновалов, вариант Коновальцев встречается реже и имеет более выраженную севернорусскую и сибирскую окраску. По данным переписей XIX века, носители фамилии чаще всего фиксировались в Вятской, Пермской и Тобольской губерниях — то есть в тех краях, где коновальство было особенно востребовано из-за развитого коневодства и удалённости от профессиональных ветеринаров. Сословно предки Коновальцевых, скорее всего, были государственными или экономическими крестьянами, реже — казаками.

В словаре Б. Унбегауна «Русские фамилии» модель на -цев упоминается как типичная для фамилий, образованных от прозвищ с уменьшительными суффиксами. Однако сам корень «коновал» Унбегаун относит к числу «говорящих» профессиональных прозвищ, которые почти без изменений перешли в фамилии. Так что Коновальцев — это пример, когда за фамилией стоит не имя предка, а ремесло, которое могло передаваться в роду из поколения в поколение.