Фамилия Вотинецев — редкий случай, когда географическая привязка почти наверняка перевешивает личное прозвище. Её основа — название реки Вотка в Удмуртии, на которой стоит город Воткинск. Носитель фамилии, скорее всего, происходил из этих мест, а суффикс -ец указывает на выходца: «вотинец» — житель Воткинского завода или окрестностей Вотки. Форма Вотинецев — это уже патронимическая фамилия, то есть «сын Вотинца», а не просто прозвище по месту.

Словообразовательная модель здесь нестандартная. Обычно фамилии от географических названий заканчиваются на -ский (Воткинский) или на -ов/-ев (Воткин). Но Вотинецев использует редкий двойной суффикс: сначала -ец, затем -ев. Такая конструкция типична для севера и Приуралья, где могли сказать «Вотинец» про человека, а потом закрепить за его потомками фамилию с отчеством. В итоге получилась цепочка: Вотка → вотинец → Вотинец → Вотинецев.

Есть и вторая, менее вероятная версия: связь с этнонимом «вотяки» — старого названия удмуртов. Тогда «вотинец» означало бы «удмурт», а фамилия указывала бы на национальность предка. Но против этого говорит форма: от «вотяк» естественнее были бы фамилии Вотяков или Вотягин. Вариант с -ец и последующим -ев скорее привязан к конкретному месту, а не к народу в целом. К тому же Воткинск — центр удмуртского края, и обе версии сходятся на одной территории.

Фамилия очень редкая. Встречается преимущественно в Удмуртии и соседних областях, что подтверждает её локальное происхождение. В дореволюционных списках она почти не фиксируется — возможно, из-за того, что основная масса населения Воткинского завода была приписной и фамилии укрепились позже, уже в XIX веке.