Фамилия Нестерцева — женская форма от Нестерцев, а та, в свою очередь, образована от имени или прозвища Не́стерец. Суффикс -ец здесь не просто уменьшительный, а указывает на конкретного человека — носителя признака. В основе лежит каноническое имя Нестор (греч. «вернувшийся домой»), которое на Руси давали в честь летописца Нестора. Форма Нестерец — это народный, обиходный вариант имени, где появился характерный для русской ономастики «вставной» суффикс, чтобы сделать имя более привычным для уха.

Модель образования проста: к основе Нестерец добавили патронимический суффикс -ев (вместо -ов, потому что основа заканчивается на мягкий согласный ц), получив «чей?» — Нестерцев, то есть «сын Нестерца». Такая словообразовательная цепочка типична для XVII–XVIII веков, когда фамилии массово закреплялись за крестьянскими и мещанскими родами. В отличие от дворянских фамилий на -ский, Нестерцевы, скорее всего, происходят из среды посадских людей или однодворцев.

Интересно, что фамилия могла закрепиться в двух вариантах написания: Нестерцев и Нестерцов. Второй вариант встречается в южнорусских говорах, где ц произносили твёрдо, и суффикс закономерно менялся на -ов. В современных документах форма Нестерцева (женская) фиксируется преимущественно в центральных и поволжских регионах России, но не образует заметного гнезда в одном уезде — значит, предки не были привязаны к одному поместью, а расселялись свободно.

Ономастических споров вокруг фамилии почти нет: версия о происхождении от прозвища Нестерец («непоседа», якобы от глагола «нестереться» — вести себя беспокойно) лингвистически слаба, так как такого глагола в русском языке не существует. Так что самая надёжная гипотеза — от крестильного имени, которое в крестьянской среде быстро обросло уменьшительными формами.