Фамилия Котомцев образована от прозвища Котомец, а то, в свою очередь, — от слова «котома» или «котомка». В старину так называли путевую суму, заплечный мешок, который плели из лыка или бересты, реже шили из кожи или сукна. Человек с котомкой за плечами — фигура в дореволюционной России привычная: нищий, странник, богомолец, реже — мелкий торговец-коробейник. Прозвище Котомец, скорее всего, давали тому, кто постоянно ходил с такой сумой, то есть путнику или бедняку, промышлявшему подаянием.

Словообразовательная модель здесь простая и типичная для русских фамилий: основа «Котомец» плюс патронимический суффикс -ев, указывающий на принадлежность («чей сын?» — Котомцев). Суффикс -ец в прозвище (Котомец) мог указывать на носителя признака или на жителя какой-либо местности, но в данном случае он, скорее, характеризует человека по его постоянному атрибуту — котомке.

В ономастических словарях фамилия Котомцев обычно не выделяется в отдельную статью, но её корень прозрачен. Интересно, что ударение в фамилии может падать как на второй слог (Котóмцев), так и на первый (Кóтомцев) — это зависит от местной традиции произношения. Встречаются и однокоренные фамилии: Котомин, Котомкин, образованные от тех же основ, но с другими суффиксами. Все они указывают на одно и то же прозвище — «человек с котомкой», что роднит их не с животными, а с крестьянским бытом и дорожным промыслом.