Фамилия Угольцова — женская форма фамилии Угольцов, которая образована от прозвища или нецерковного имени Уголец. В основе лежит слово «уголь». Однако прямой связи с профессией угольщика здесь может и не быть: суффикс -ец в прозвищах часто указывал на внешний признак или характер, а не на ремесло.

Самый вероятный вариант происхождения — прозвище Уголец давали человеку с очень смуглой, черной кожей или черными волосами. В русских говорах «уголь» и его производные устойчиво использовались для описания цвета: «черный как уголь». Такое прозвище мог получить крестьянин с темным лицом от загара, либо человек с иссиня-черными волосами. В этом случае фамилия Угольцов относится к группе «цветных» фамилий вроде Чернышов, Беляев, Рыжов.

Менее распространенная, но возможная версия — связь с диалектным словом «углец» (уменьшительное от «угол»). В некоторых регионах так называли человека, живущего на краю деревни, в «углу», или того, кто постоянно прятался, держался в стороне. Однако эта гипотеза слабее, так как форма «Уголец» от «угол» встречается реже, чем от «уголь», и не подтверждается массовыми записями в переписных книгах.

Фамилия образована по стандартной патронимической модели: прозвище Уголец → отчество Угольцов («сын Угольца») → фамилия Угольцов. Суффикс -ов указывает на принадлежность, типичную для русских фамилий XVI–XVII веков. Географически фамилия встречается преимущественно в центральных и северных областях России — в Вологодской, Костромской, Архангельской губерниях, что косвенно подтверждает связь с цветом волос или кожи (северяне часто резко контрастировали бледной кожей с темными волосами, что бросалось в глаза). Встречается и вариант Угольцев — с суффиксом -ев, который возникает по фонетическим причинам (после мягкого согласного).