Фамилия Самольцева — женская форма, а мужская — Самольцев. И та, и другая образованы по простой и прозрачной модели: к основе Самолец (или Самольц) добавили типичный русский патронимический суффикс -ев. Вопрос в том, что скрывается за этой основой.

Самая вероятная версия — фамилия произошла от прозвища Самолец. В русских говорах слово «сам» часто использовалось для обозначения хозяина, главы или самостоятельного человека. «Самолец» могло означать «сам себе хозяин», «независимый» или даже «упрямый, своевольный». Такое прозвище давали либо человеку, который рано начал вести самостоятельное хозяйство, либо тому, кто не признавал чужой власти.

Есть и вторая, менее очевидная версия. В некоторых диалектах «самол» или «самолка» — это приспособление для ручного ткачества, часть ткацкого станка. Если предок был ткачом, его могли прозвать Самолом, а потом переделать в Самольца. Однако эта гипотеза слабее: прозвище от названия детали станка — редкость, а фамилии от «сам» (Самойлов, Самохин, Самсонов) встречаются повсеместно.

Суффикс -ев, а не -ов, указывает, что основа оканчивалась на мягкий согласный или ц. Если исходное прозвище звучало как Самолец, то при образовании фамилии произошло чередование ц/ч: Самолец — Самольцев (звук [ц] смягчился и перешёл в [ч’] в произношении, а на письме закрепился как «ц»). Встречается и вариант Самольцов — с твёрдым окончанием, но форма Самольцев исторически первична для южнорусских земель.

Географически фамилия Самольцев (и Самольцева) редкая, её очаги — преимущественно центральные и южные области России: Воронежская, Тамбовская, Ростовская. В документах XVII–XVIII веков она не фигурирует среди дворянских родов, что говорит о крестьянском или однодворческом происхождении. Скорее всего, предки носителей фамилии были вольными хлебопашцами или ремесленниками, за которыми закрепилось прозвище, подчёркивающее их независимый нрав.