Фамилия Метлецов происходит от слова «метла» — орудия труда, хорошо знакомого каждому. В основе лежит прозвище Метлец, которое могли дать человеку по разным причинам. Проще всего предположить, что предок носителя этой фамилии занимался изготовлением или продажей мётел. Однако в старину прозвища часто были ироничными: Метлецом могли назвать неопрятного человека, который, по народному выражению, сам «метёт» пол длинной одеждой, или же, напротив, чрезмерно чистоплотного, постоянно подметающего. В некоторых говорах «метлицей» называли высокую, худую женщину — возможно, прозвище отражало внешность.

Суффикс -ов указывает на типичную модель русских фамилий: Метлец → Метлецов, то есть «сын Метлеца» или «принадлежащий Метлецу». Фамилия образована от прозвища, а не от крестильного имени, что характерно для значительной части русских фамилий, особенно среди крестьян и посадских людей. В отличие, скажем, от фамилии Метелкин, где основа — «мётелка», то есть уменьшительная форма, Метлецов звучит более архаично и прямо отсылает к самому предмету.

С точки зрения географии, фамилия встречается в центральных и северных областях России, где подметание и уборка были частью крестьянского быта, а ремесло вязания мётел — распространённым промыслом. В словаре «Ономастикон» С. Б. Веселовского упоминается крестьянин Метла из Новгородской земли (XV век), что подтверждает древность прозвища. Таким образом, Метлецовы — потомки человека, которого в округе знали по его занятию, привычке или внешности, связанной с метлой.