Фамилия Верхотурцева образована от прозвища Верхотурец — так называли уроженца уральского города Верхотурье. Основан этот город в 1598 году как острог на левом берегу реки Туры, и его название сразу указывает на географическое положение: приставка «верх-» отличает его от Туринска, который возник почти одновременно, но ниже по течению той же реки. Слово «Тура» в названии — это имя реки, а не тюркское «тур» (стойбище), как иногда ошибочно полагают.

В отличие от многих русских фамилий, образованных от названий профессий или личных имён, Верхотурцева — редкий пример «топонимической» фамилии с суффиксом -цев. Модель «название города + -ец» давала прозвище (верхотурец), а уже от него через патронимический суффикс -ев возникла фамилия. Такая словообразовательная цепочка типична для выходцев из городов и сёл, но встречается реже, чем, скажем, фамилии на -ов от прозвищ.

Верхотурье играло ключевую роль в русской колонизации Сибири. До второй половины XVIII века через него шла Бабиновская дорога — единственный сухопутный путь из Европейской России за Урал. Город был важным таможенным и транзитным пунктом, где останавливались купцы, служилые люди и переселенцы. Позже, в конце XIX — начале XX века, Верхотурье превратилось в крупный религиозный центр: в Никольском мужском монастыре (основан в 1604 году) покоились мощи Симеона Верхотурского, и сюда стекались паломники со всей страны.

Предок носителя фамилии Верхотурцева, скорее всего, либо родился в этом городе, либо долго там жил — прозвище «верхотурец» закрепилось за человеком, чья связь с местом была очевидна для окружающих. Суффикс -цев указывает на принадлежность к группе или роду: буквально «сын верхотурца». Фамилия довольно редкая, и её география — преимущественно Урал и Западная Сибирь, что подтверждает прямую связь с историческим топонимом.