Фамилия Голембо звучит не по-русски, и это первое, что бросается в глаза. Её основа — не славянская, а еврейская, и происходит она от идишского «голем», что означает «нечто бесформенное», «глыба», «болван». В еврейской мистической традиции голем — это глиняный великан, оживлённый магией. Но в качестве прозвища, лёгшего в основу фамилии, слово имело более приземлённый смысл: так могли назвать крупного, неуклюжего или медлительного человека. Суффикс «-о» характерен для фамилий, образованных на восточноевропейских землях, входивших в черту оседлости, и указывает на польское или украинское влияние в оформлении фамилии. Встречается также вариант написания Големба, где конечное «-а» — это уже адаптация под польскую грамматику (женский род существительного).

Географически фамилия Голембо чаще всего встречается в Польше, Украине и Беларуси, а после массовой эмиграции еврейского населения в конце XIX — начале XX века — в США, Аргентине и Израиле. В России она редка и, как правило, принадлежит потомкам тех, кто переехал из западных губерний. Интересно, что в польском языке есть слово «gołąb» (голубь), и теоретически можно предположить, что фамилия могла быть искажением польской фамилии Голомб (Gołąb). Однако фонетика и семантика решительно против: переход «ą» в «е» и конечное «о» необъяснимы, а смысл «голубь» не даёт никакой связи с реальным прозвищем. Поэтому версия с «големом» остаётся единственной убедительной.

Сословно фамилия не даёт подсказок: её носители могли быть и ремесленниками, и торговцами, и раввинами — прозвище давали по внешности или характеру, а не по профессии. В дореволюционных метрических книгах и ревизских сказках Голембо встречаются среди мещан и купцов местечек Волынской, Подольской и Киевской губерний. Поскольку фамилия образована не от имени предка, а от прозвища, она не относится к патронимическому типу — это типичная «прозвищная» фамилия, каких много у разных народов.

С точки зрения словообразования, фамилия стоит особняком: у неё нет русского суффикса -ов/-ев или -ин, что сразу указывает на иноязычное происхождение. В польской ономастике фамилии на -о часто считаются субстантивированными прилагательными или прозвищами в звательной форме, но в еврейской среде это был просто способ зафиксировать прозвище без дополнительных грамматических изменений.