Фамилия Лоренцев — один из тех случаев, когда русская народная модель словообразования встретилась с иноязычным корнем. Её основа — западноевропейское имя Лоренц, аналог русского Лаврентий (от латинского Laurentius — «житель города Лаврент», «увенчанный лавром»). В Германии, Австрии, скандинавских странах имя Lorenz было широко распространено, и в Россию оно попало вместе с переселенцами, военными специалистами или ремесленниками, особенно в XVIII–XIX веках.

Ключевая особенность — суффикс -ев. В русских фамилиях он обычно указывает на принадлежность: «чей?» — Лоренцев, то есть сын или потомок человека по имени Лоренц. Если бы фамилия образовалась напрямую от крестильного имени Лаврентий, мы бы получили Лаврентьев. Появление именно формы Лоренцев говорит о том, что предок носителя фамилии, скорее всего, был обрусевшим иностранцем или выходцем из немецких колоний, чьё имя записали на слух, без перевода на церковнославянский лад.

Встречается фамилия преимущественно в южных и центральных регионах России, где исторически селили иностранных колонистов, а также в Поволжье. Менее вероятна, но возможна версия, что в отдельных случаях Лоренцев — это искажённая форма от Ларинцев или Лавренцев, где корень «переосмыслили» под влиянием немецкой речи. Однако основной путь — через имя Лоренц, и носители фамилии могут с высокой вероятностью проследить родство с выходцами из немецкоязычной среды, которые со временем полностью интегрировались в русское общество.