Фамилия Воротынцев происходит от названия населённого пункта — скорее всего, древнего города Воротынск, что стоит на речке Выссе, в четырёх километрах от её впадения в Оку. Поселение это существует более восьмисот лет, и в XV–XVI веках оно было центром Воротынского княжества — одного из так называемых Верховских княжеств, вотчины князей Воротынских. Именно под Воротынском происходили ключевые события Стояния на Угре, положившего конец ордынскому игу. Вполне вероятно, что основатель рода Воротынцевых был выходцем из этих мест — жителем Воротынска или его окрестностей.

Модель образования фамилии проста и прозрачна: к основе «Воротын-» (от названия города) добавили суффикс притяжательности «-ец», указав на человека — «воротынец», то есть житель Воротынска. А затем, по обычной русской модели, от этого прозвища образовали фамилию с патронимическим суффиксом «-ов»: Воротынцев буквально означает «сын воротынца». Такой путь — от географического названия через прозвище жителя к фамилии — один из самых распространённых в русской ономастике, и Воротынцев — его яркий пример.

Интересно, что фамилия Воротынцев не совпадает с княжеской — Воротынские. Разница в суффиксе как раз и указывает на разное социальное происхождение: «-ский» закрепился за знатью, указывая на владение землёй, а «-цев» — за простыми людьми, которые обозначали место своего рождения или проживания. То есть Воротынцевы — это не обедневшая ветвь князей, а, скорее всего, потомки посадских людей, крестьян или служилых, которые переселились из Воротынска в другие края и сохранили память о малой родине в фамилии. О точном времени возникновения фамилии говорить сложно — процесс этот был долгим, но ясно, что корни её уходят в эпоху Московской Руси.