Фамилия Зенцева — женская форма, мужской вариант — Зенцев. Она образована по самой распространённой в русском языке модели: от основы прозвища или имени с помощью суффикса -ев (после мягкого согласного или шипящего). В данном случае основа — «Зенец», а суффикс указывает на принадлежность: «сын Зенца» или «из семьи Зенца».

Корень фамилии восходит к имени Зенон (от греческого «Зенон» — «божественный», «принадлежащий Зевсу»). В народной русской речи это редкое церковное имя сократили и переделали на свой лад: Зеня, Зенька, а уменьшительно-ласкательная форма с суффиксом -ец дала прозвище Зенец. Такой способ словообразования типичен для русских фамилий: от полных или сокращённых крестильных имён (например, Федорец, Иванец, Сидорец) нередко возникали фамилии на -ев.

Менее вероятная, но возможная версия — прозвищное происхождение. В некоторых говорах «зенки» означают глаза (часто с оттенком «вытаращенные» или «большие»). Тогда Зенец — человек с выразительными глазами, «глазастый». Однако эта гипотеза слабее: фамилии от частей тела с суффиксом -ец встречаются редко, а имя Зенон было в святцах, что делает его более надёжным источником.

Фамилия Зенцева не относится к числу массовых. Она встречается в центральных областях России — в Тверской, Ярославской, Московской губерниях, а также на Урале, куда переселенцы принесли её в XVII–XVIII веках. Носители фамилии, скорее всего, были крестьянами или посадскими людьми, а не дворянами: суффикс -ев в сочетании с простой основой указывает на непривилегированное сословие.

В написании фамилии возможна путаница с однокоренной Зинцева (от имени Зиновий) или Зенкина (от «зенки»). Но Зенцева стоит особняком — её основа явно связана с редким, почти забытым именем Зенон, которое в народе давали детям в память о святом мученике Зеноне.