Фамилия Воронежцевы (в исходной форме мужского рода — Воронежцев) принадлежит к распространённому типу русских фамилий, образованных от прозвища, указывающего на место выхода человека. Основа здесь — прозвище Воронежец, которое в XVI–XVII веках давали выходцу из города Воронежа. Город был основан в 1586 году как крепость на южных рубежах Русского царства, и его жители, переселяясь в другие земли, получали прозвище по названию родного города.

Словообразовательная модель прозрачна: суффикс -ец в основе указывает на принадлежность к местности («воронеж-ец» — житель Воронежа). Затем к этому прозвищу добавился типичный русский фамильный суффикс -ов, который в родительном падеже множественного числа дал форму Воронежцев: буквально «чей?» — «из рода Воронежца».

Сам топоним «Воронеж» имеет более древнюю историю. По наиболее принятой в ономастике версии, название города восходит к притяжательному прилагательному Воронеж (с ударением на последнем слоге), образованному от древнеславянского личного имени Воронег (ударение также на конце). Имя Воронег, в свою очередь, вероятно, связано со словом «ворон» (чёрная птица) или прилагательным «вороной» (чёрный масти). Со временем ударение в названии города сместилось на второй слог, а связь с древним именем стёрлась из памяти носителей.

Фамилия Воронежцев — не единственная в этом гнезде. Однокоренные фамилии — Воронежский (с типичным для дворянских и географических фамилий суффиксом -ский), Воронежин, Воронежцев. Последняя форма, с суффиксом -цев, характерна для фамилий, образованных от прозвищ на -ец: ср. Казанцев, Муромцев, Ростовцев. Это указывает на то, что предок носителей фамилии был именно «воронежцем» — человеком, который покинул Воронеж и осел в другом регионе, где его и записали по месту прежнего жительства.

Точное время возникновения фамилии Воронежцев установить сложно: процесс закрепления фамилий у крестьян и посадских людей растянулся до XIX века. Однако ядро фамилии сложилось не позднее XVII столетия, когда Воронеж из пограничной крепости превратился в крупный торговый и ремесленный центр, а его уроженцы разъезжались по всей России.