Фамилия Земельцева — женская форма фамилии Земельцев, которая образована от прозвища или мирского имени Земелец. В основе лежит слово «земля»: так могли называть крестьянина, который жил за счёт своего надела, либо человека, владевшего землёй, «земельца». В русских говорах «земелец» — не столько указание на богатство, сколько на привязанность к участку, на оседлость и хозяйственность.

Модель образования здесь нестандартная. Суффикс -ец придаёт слову уменьшительно-ласкательный или уничижительный оттенок: «земелец» — маленький клочок земли, а заодно и сам владелец такого надела. Затем к основе Земельц- добавили типичный русский суффикс -ев, указывающий на принадлежность: «чей сын? — Земельцев». Обычно фамилии на -ев образуются от основ на мягкий согласный или -ц, как здесь. Вариант с суффиксом -ов (Земельцов) тоже встречается, но реже: он возник бы, если бы исходное слово звучало как «Земелец» (с твёрдым ц), но в речи чаще слышалось мягкое ц, отсюда -ев.

В некоторых случаях фамилию могли дать не по прозвищу, а по названию деревни или урочища. На картах России встречаются топонимы вроде Земельцы (например, в бывшей Псковской губернии) — жителей таких мест называли земельцами, а их потомков — Земельцевыми. Географическая привязка вероятна для северо-западных и центральных областей, где суффикс -ец в названиях поселений обычен.

Интересно, что фамилия Земельцева не имеет отношения к дворянским землевладениям: она скорее крестьянская или мещанская. Прозвище Земелец не несло претензии на крупную собственность — напротив, оно могло указывать на человека, который довольствуется малым наделом. В этом её отличие от фамилий вроде Земляков или Земцев, где корень тот же, но словообразовательная модель иная.