Фамилия Угольцов отчётливо указывает на род занятий предка: в её основе лежит слово «уголь». Но здесь есть важная деталь, которая отличает её от более очевидных «угольных» фамилий. Суффикс -ц- в корне (Уголь-ц-ов) говорит о том, что исходным было не просто слово «уголь», а прозвище или профессиональное имя «Уголец». Так в старину могли называть человека, имевшего дело с углём: углежога, того, кто жёг древесный уголь для кузниц или домашних печей, либо торговца углём. Форма «Уголец» — уменьшительно-ласкательная или, скорее, обиходная, как «кузнец» от «кузня», и она закрепилась в качестве личного прозвания.

Модель образования типична для русских фамилий: к основе «Уголец» добавили патронимический суффикс -ов, означающий «сын Угольца» или «из семьи Угольца». Таким образом, Угольцов — это не просто «угольщик», а потомок конкретного человека, которого в округе знали под этим именем. В словаре Б. Унбегауна «Русские фамилии» подобные образования описываются как характерные для профессиональных прозвищ, перешедших в фамилии.

Интересно, что фамилия могла возникнуть и в другом контексте. В северных и сибирских говорах «угольцом» иногда называли не только кусок угля, но и чёрный, сажистый предмет — например, тёмный гриб-трутовик. Если прозвище дали по внешнему признаку (очень смуглый, черноволосый человек), то семантика та же, но мотивация иная. Однако версия с ремеслом выглядит правдоподобнее: углежоги были распространённой профессией в лесных регионах России, и фамилия Угольцов встречается там, где развивалось кузнечное дело или выжигание угля — в центральных губерниях и на Урале.

Стоит заметить, что фамилия не очень частотна. Она уступает по распространённости, например, фамилии Угольников, которая образована напрямую от слова «угольник» (рабочий на угольных копях). Угольцов — более архаичная форма, сохранившая в себе память о прозвище, а не о профессии как таковой. Сословная принадлежность первых носителей, скорее всего, была крестьянской или мещанской: вряд ли дворянин носил бы фамилию, прямо указывающую на чёрную работу с углём.