Фамилия Мотолченкова — женская форма фамилии Мотолченков, а та, в свою очередь, восходит к прозвищу или имени Мотолченок. В основе фамилии лежит слово «мотол» или глагол «мотать» в значении «наматывать, сматывать, крутить». Слово «мотол» в русских говорах имело сразу несколько значений: так называли человека, который мотает нитки на катушку, то есть прядильщика или ткача; а также — непоседу, суетливого человека, того, кто «мотается» без дела. Иногда «мотолом» называли и мотылька — за его беспокойное порхание.

Суффикс «-енк-» в основе (Мотолченок) — уменьшительный, широко распространённый в восточноукраинских и южнорусских говорах (территории современной Украины, Белгородской, Воронежской, Ростовской областей). Первоначально Мотолченок — это сын Мотола или молодой человек, похожий на Мотола. Затем фамилия закрепилась в форме Мотолченков — по патронимической модели (чей? — Мотолченков сын). Женская форма Мотолченкова означает «дочь или жена Мотолченкова».

Таким образом, предок носительницы фамилии мог быть либо ремесленником, занятым в текстильном производстве (прядение, намотка нитей), либо человеком с живым, непоседливым характером — «мотыльком», «егозой». Второй вариант менее вероятен, так как прозвища по ремеслу обычно становились фамилиями чаще, чем бытовые характеристики.

Фамилия редкая, в списках частотных русских фамилий не встречается. Географически может быть привязана к южным областям России или к востоку Украины, где активен суффикс «-енк-». По сословному происхождению, скорее всего, крестьянская или мещанская: прозвища от ремёсел и бытовых занятий характерны для непривилегированных слоёв.