Фамилия Леонцев образована от мужского крестильного имени Леон, которое в переводе с греческого означает «лев». В основе фамилии лежит не само имя, а его уменьшительная форма — Леонец. Так на Руси могли ласково называть человека по имени Леон, и именно от этого прозвища-имени и пошла фамилия: потомок Леонца стал Леонцевым.

Имя Леон пришло в русский именослов из византийской традиции. Покровителем имени считается святой Леон Тавматург. Модель образования фамилии — типичная для русских фамилий на -ев, которые возникали от основ, оканчивающихся на мягкий согласный или ц. В данном случае суффикс -ев присоединился к основе «Леонец», где конечное «ц» смягчило переход.

Фамилия Леонцев довольно редкая. Она встречается в центральных и южных регионах России, а также на Украине. По сравнению с более распространёнными однокоренными фамилиями — Леонов, Леонтьев — форма Леонцев выделяется именно уменьшительным суффиксом -ец. Если Леонов — это прямой потомок Леона (без уменьшительной формы), то Леонцев — потомок Леонца, что указывает на более личное, бытовое именование предка.

В писцовых книгах и архивных записях XVI–XVII веков имя Леонец встречается как самостоятельное некалендарное прозвище, но чаще всего это была именно разговорная форма крестильного имени. Таким образом, фамилия Леонцев — это не просто «фамилия от имени», а указание на конкретную семейную традицию именования, где предка в быту звали не полным именем, а ласково — Леонцем.