Фамилия Пильцов образована по самой распространённой в русском языке модели — от основы с суффиксом -ов, что указывает на принадлежность: сын Пильца. Сама основа, прозвище Пилец, восходит к слову «пила», но не напрямую, а через название ремесла или инструмента.

В русских говорах «пилец» — это либо тот, кто пилит, либо, что точнее, рабочий на пильной мельнице или лесопилке. В отличие от фамилии Пилкин, где основа могла быть уменьшительной от имени, Пильцов — фамилия профессиональная. Предок носителя, скорее всего, занимался распиловкой леса или работал с пилой как с основным орудием труда. В некоторых регионах «пильцами» называли даже точильщиков пил, что сужает круг возможных занятий до конкретного мастерового.

Менее вероятная, но допустимая версия — происхождение от географического названия. В старых документах встречаются урочища и речки с корнем «пил» (например, Пильна в Нижегородской области). Однако для фамилии Пильцов такая связь слабая: суффикс -ец редко образует прозвища от топонимов без дополнительных переоформлений.

Фамилия редкая, не относится к числу дворянских или широко распространённых крестьянских. В XIX веке её носители фиксируются преимущественно в центральных и северных губерниях России — там, где было развито лесное дело и плотницкий промысел. Встречается также вариант написания Пильцев, но он может быть результатом акающего произношения или описки в метриках.

Словообразовательно фамилия проста: корень пил- (от «пила»), суффикс -ец (указание на лицо по действию или предмету) и стандартный патронимический суффикс -ов. Никаких редких формантов вроде -их или -ский здесь нет, что говорит о позднем, скорее всего, мещанском или крестьянском происхождении.