Фамилия Панфильцев — редкий случай, когда фамилия, звучащая почти как отчество, на деле образована не от крестильного имени Панфил, а от его просторечной формы Панфила. В основе лежит греческое имя Памфил (Πάμφιλος), означающее «всеми любимый». В русском быту имя обросло народными вариантами: Панфил, Панфила, а от них — и патронимические фамилии.

Суффикс -ев в фамилии Панфильцев указывает на происхождение от основы, оканчивающейся на мягкий согласный или, что здесь важнее, на -ль. Исходная форма — Панфилец. Так могли назвать сына Панфилы, а в некоторых говорах — и самого носителя имени, если оно употреблялось как прозвище. Сравните: Иванец от Иван, а Панфилец — от Панфила. Позже фамилию закрепили по модели «чей?» — Панфильцев.

Интересно, что фамилия Панфильцев почти не встречается в центральных областях России, где преобладают Панфиловы и Панфиловы. Её ареал — север и северо-восток: Вологодская, Архангельская, Кировская области. Это говорит о том, что фамилия сложилась в среде, где имя Панфила (а не Панфил) было в ходу, и где модель фамилий на -ец/-цев оказалась продуктивной.

В документах XVII века встречаются крестьяне Панфильцевы в вотчинах Строгановых на Урале. Тогда фамилии ещё не устоялись, и одного и того же человека могли записать то Панфилов, то Панфильцов. Вариант с мягким знаком и суффиксом -ев — самый поздний и устойчивый, закрепившийся в письменности к XIX веку.