Фамилия Устиленцев — редкий пример, когда суффикс -ец указывает не на географическое происхождение (как в Тамбовцев или Москвин), а на прозвище, связанное с занятием или свойством человека. Основа здесь — «устилать» (настилать, покрывать). В старину устиленцем могли называть того, кто клал полы, мостил дороги или настилал солому на крышу — то есть выполнял работу, связанную с покрытием поверхности. В отличие от фамилий на -ник (Устильников — тот, кто делает устилку), суффикс -ец придаёт оттенок лица по действию: «устилающий» превращался в «устиленца».

Словообразовательная модель необычна: причастие прошедшего времени «устиленный» (покрытый, настланный) стало основой для прозвища. Это указывает на то, что прозвище могли дать не по профессии, а по результату работы — например, «Устиленец» как человек, чья работа была видна сразу: настланный пол, вымощенная дорога. В русских говорах встречается глагол «устилить» (настелить), что подтверждает бытовую природу корня.

Фамилия крайне редкая и локализована в центральных и южных регионах России, особенно в бывших губерниях, где было развито плотницкое и строительное дело. В переписных книгах XVII–XVIII веков подобные прозвища не фиксируются массово, что говорит о позднем закреплении фамилии — вероятно, в XIX веке, когда крестьянам начали массово присваивать фамилии по ремеслу или прозвищу.

В отличие от более распространённых Устиновых (от имени Устин) или Устильниковых, Устиленцев сохраняет редкую суффиксальную форму. Если Устинов — патроним (сын Устина), то Устиленцев — чисто прозвищная фамилия, не связанная с личным именем. Спорные версии о связи с топонимом Устиленка (гипотетическое село) не подтверждаются географическими данными — ни одно современное или историческое поселение с таким названием не известно.