Фамилия Ермолычев — один из тех случаев, когда при разборе сразу виден нестандартный суффикс. Вместо привычного «-ов» или «-ев» здесь стоит «-ычев», что сразу указывает на происхождение от формы имени или прозвища, оканчивающегося на «-ыч». В русской традиции «-ыч» — это отчество, но в фамилиях такой суффикс встречается реже и обычно характерен для северных и центральных областей России, а также для старообрядческой среды.

Основа фамилии — имя Ермолыч, которое, в свою очередь, является разговорной формой от канонического имени Ермолай. Ермолай — имя греческого происхождения, означающее «вестник народа» (от «ермо» — вестник и «лаос» — народ). В быту имя быстро обросло уменьшительными и патронимическими вариантами: Ермолка, Ермоша, Ермолыч. Последняя форма и легла в основу фамилии. Суффикс «-ев» (в виде «-ычев») здесь присоединился к основе, дав значение «сын Ермолыча» или, что вероятнее, «потомок человека по прозвищу Ермолыч».

Стоит обратить внимание на чередование в корне: полная форма имени — Ермолай, но в фамилии пишется через «ы» — Ермолычев. Это не ошибка, а отражение народного произношения, где безударное «о» редуцировалось, а «а» после твёрдого «л» перешло в «ы». Такое написание закрепилось в документах, и менять его не следует — это историческая норма.

Географически фамилия тяготеет к северо-востоку европейской части России: чаще всего её носители встречаются в Вологодской, Архангельской и Кировской областях. В этих краях отчества на «-ыч» долго сохранялись как самостоятельные фамильные формы, в отличие от юга, где преобладали «-ов» и «-ин». Социальный состав носителей был преимущественно крестьянским и мещанским — дворянских родов с такой фамилией не зафиксировано.

Сравнение с однокоренными фамилиями (Ермолаев, Ермолов, Ермошин) показывает, что Ермолычев стоит особняком. Если Ермолаев и Ермолов образованы от полного имени и его сокращённой формы, то Ермолычев — от третьего, патронимического звена, что делает её более узкой и локальной. Встречается она редко, и это не минус, а скорее маркер того, что предки жили достаточно замкнутой общиной, где прозвище по отцу закрепилось за целым родом.