Фамилия Воротынцева напрямую связана с географией: она образована от названия старинного русского поселения Воротынск. Этот населённый пункт стоит на речке Выссе, в четырёх километрах от её впадения в Оку, и существует уже более восьми веков. С середины XV до конца XVI века здесь располагался центр Воротынского княжества — одного из так называемых Верховских княжеств, вотчины князей Воротынских. В истории эти места известны событиями Стояния на Угре, положившего конец ордынскому игу.

Словообразовательная модель проста: к географическому названию Воротын(ск) добавился суффикс -ец, обозначающий жителя местности. Так появилось прозвище Воротынец — «человек из Воротынска». К нему прибавился притяжательный суффикс -ов, указывающий на принадлежность потомку этого человека: Воротынцев — сын Воротынца. Женская форма фамилии, Воротынцева, сохраняет ту же основу.

Фамилия относится к типичной для центральной России модели «географическое название + -ец + -ов». В отличие от дворянской фамилии Воротынский, которую носили местные князья, форма Воротынцев имеет «народный» оттенок: так называли простых людей, которые были родом из этого княжеского города или его окрестностей. Если предки носительницы фамилии не были княжеского рода, то, скорее всего, они были крестьянами, посадскими людьми или служилыми, переселившимися из-под Воротынска в другие земли.