Фамилия Остарцева — женская форма фамилии Остарцев, и её происхождение связано с неочевидным корнем. На первый взгляд она кажется образованной от слова «остаток» или «остаться», но это лишь поверхностная ассоциация. В основе лежит прозвище Остарец, которое восходит к диалектному глаголу «остареть» — то есть «стать старым», «состариться». В русских говорах так могли назвать человека, который рано поседел, выглядел старше своих лет или, наоборот, дожил до глубокой старости, став местным долгожителем. Суффикс -ец в прозвище типичен для характеристики человека по внешнему признаку или возрасту (ср. «молодец», «старец»). Затем от Остарец образовалась фамилия через притяжательный суффикс -ев: Остарцев буквально означал «сын Остарца».

Менее вероятная, но возможная версия связывает фамилию с топонимом Остарово или Остарево — такие названия встречаются в центральной России. В этом случае Остарцев — выходец из деревни с похожим именем. Однако географических названий с корнем «остар-» крайне мало, и эта гипотеза уступает первой по убедительности.

Фамилия Остарцева — нечастая, сконцентрирована преимущественно в северных и центральных областях России, особенно в Архангельской и Вологодской губерниях, где диалектное слово «остареть» было в ходу. В документах XVII–XVIII веков встречаются крестьяне и посадские люди с прозвищем Остарец, что подтверждает бытовое, а не книжное происхождение фамилии. Таким образом, предки носительницы фамилии, скорее всего, были крестьянами или ремесленниками, а сама фамилия закрепилась за ними по характерной черте — ранней или почтенной старости.