Фамилия Ватлецовы образована от личного прозвища Ватлец. Скорее всего, в его основе лежит польское слово watły — «слабый, болезненный, хрупкий». Такое прозвище могло указывать на физическое состояние человека: хилого, часто болеющего, тщедушного. Реже — на душевную уязвимость или мягкий, нерешительный характер. В старых польских говорах watły также означало «ветхий, ненадёжный» — например, так могли сказать о плохой одежде или ветхом строении, но применительно к человеку это значение почти не встречается.

Несмотря на польское происхождение основы, сама фамилия сложилась уже на русской почве. Суффикс -ец в прозвище Ватлец — типичный для русской и западнорусской ономастики: так образовывали названия людей по характерному признаку (ср. Глупец, Храбрец, Молодец). А фамильный суффикс -ов указывает на принадлежность: «сын Ватлеца» или «из рода Ватлецовых». Фамилия закрепилась в форме множественного числа — Ватлецовы, что может говорить о том, что носители воспринимали её как родовое имя целой семьи или ветви.

География фамилии неширокая. Основные следы ведут в регионы, где исторически были сильны польско-русские контакты: западные и юго-западные области России, а также земли бывшего Великого княжества Литовского. Встречается фамилия в Смоленской, Брянской и Псковской областях — именно там польские заимствования в говорах не редкость, а прозвища на -ец были особенно употребительны.

Интересно, что фамилия Ватлецовы сохранила редкую основу, почти не встречающуюся в других русских фамилиях. Однокоренных аналогов в современных фамильных списках практически нет — это делает её своеобразным памятником диалектной и межъязыковой лексики. Если бы прозвище Ватлец дали в центральной России, его бы, скорее всего, переосмыслили на свой лад, но здесь основа осталась без изменений, что говорит о сохранении исходного произношения и значения в среде носителей.