Фамилия Ватлецова — редкая и неочевидная с точки зрения происхождения. В ней сразу бросается в глаза суффикс -ов-, типичный для русских фамилий, образованных от мужского имени или прозвища. Однако основа «Ватлец» — это не усеченная форма крестильного имени, а скорее всего, переосмысленное прозвище или профессия.

Самый вероятный корень — диалектное слово «ватла», которое в северных и сибирских говорах означало «плохая, ветхая одежда», «тряпье», а также «небрежно сшитая обувь» (например, «ватлы» — лапти плохой работы). Соответственно, прозвище Ватла или Ватлец мог получить человек, который носил рваную одежду, ходил в обносках, либо, наоборот, тот, кто эту одежду чинил или шил — мастер-сапожник, работавший грубо, «на ватлу». Суффикс -ец в прозвище указывает на носителя признака: Ватлец — тот, кто связан с ватлой.

По словообразовательной модели фамилия Ватлецов (и его женская форма Ватлецова) — типичный пример «прозвищной» фамилии, когда отчество застыло в форме притяжательного прилагательного. Первым носителем был сын человека по прозвищу Ватлец: «Ватлецов сын» — со временем превратилось в фамилию. Такие фамилии редко встречаются за пределами одной местности, и Ватлецовы, скорее всего, происходят из одного небольшого региона — возможно, из-под Архангельска или Вологды, где слово «ватла» было особенно употребительно.

Вторая, менее вероятная версия — связь с этнонимом «вотяк» (устаревшее название удмуртов). Вотяков в старину называли «ватка» или «ватле» в некоторых говорах. Тогда Ватлец — это прозвище человека, внешне похожего на удмурта или имевшего с ним дело. Но эта гипотеза слабее: переход «вот-» в «ват-» нехарактерен для русской диалектной фонетики, а прозвище от этноса обычно образуется с суффиксом -як (Вотяков), а не -ец.

Ударение в фамилии, скорее всего, падает на второй слог: Ватлецо́ва, хотя в некоторых семьях могло закрепиться на первом — Ва́тлецова. Встречаются единичные носители в документах XIX века из Вятской губернии, что косвенно подтверждает севернорусское происхождение. Фамилия недворянская, крестьянская или мещанская, без сложной истории — прозвище, данное по внешнему виду или ремеслу, и закрепившееся в одном роду.