Фамилия Вострелова — женская форма от Вострелов, и в её основе лежит прозвище, связанное с острым, бойким характером или даже с военной сноровкой. Корень «востр-» — это вариант древнерусского «остр-», где начальное «в» появилось в диалектах под влиянием произношения (сравните «вострый» и «острый»). Так могли прозвать человека с быстрым умом, злым языком или меткого стрелка. В говорах слово «вострец» означало не только острый предмет, но и расторопного, пронырливого человека.

Модель образования стандартная для русских фамилий: суффикс -ов- присоединился к основе прозвища Вострел, а окончание -а указывает на принадлежность женщине (дочь или жена Вострелова). Мужская форма Вострелов фиксируется в документах XVII–XVIII веков в северных и центральных уездах России, особенно в Вологодской и Архангельской губерниях, где диалектное «вострый» было распространено шире литературного.

Интересная деталь: фамилия могла возникнуть не напрямую от прозвища, а от мирского имени Вострел. В дохристианской традиции детям давали охранительные имена, подчёркивающие желаемые качества — в данном случае остроту ума или зоркость. Такие имена встречаются в переписных книгах XVI века, например, крестьянин Вострел Иванов сын упоминается в писцовых книгах по Новгородской земле.

Схожие по корню фамилии — Востров, Востриков, Вострилов — указывают на ту же семантическую нишу, но Вострелова выделяется редким суффиксальным вариантом. Если Востров происходит напрямую от прилагательного «вострой», то Вострелов — от прозвища с конечным -ел, что могло быть уменьшительной или пренебрежительной формой.

Сегодня фамилия встречается нечасто, в основном на севере европейской части России и в Сибири, куда переселенцы принесли её в XIX веке. Встречаются варианты написания с одной «с» (Вострелова) — это следствие упрощения в устной речи или ошибок при записи в метрических книгах.