Фамилия Гольмгрейн — один из тех случаев, когда написание подсказывает сразу два возможных пути происхождения. Проще всего предположить, что в основе лежит немецкое прозвище: Holm («речной островок», «возвышение», «холм») и grün («зеленый»). Человека могли прозвать по месту жительства — «Зеленый остров» или «Зеленый холм». Такая модель прозвищ характерна для немецкой ономастики, где составные фамилии нередко описывают ландшафт.

Однако есть и вторая версия, не менее правдоподобная. Фамилия Гольмгрейн вполне могла возникнуть как вариант написания шведской фамилии Гольмгрен. В шведском языке holm — «остров», а gren — «ветвь». Прозвище Гольмгрен давали тому, кто жил на речном островке, и со временем оно превратилось в фамилию. Разница в окончании — «грейн» вместо «грен» — могла появиться при записи фамилии в русскоязычных документах: немецкое ухо слышало дифтонг, а русский писарь записывал его как «ей».

Исторические записи подтверждают, что носители фамилии Гольмгрейн были российскими немцами. В Книге памяти Ставропольского края упоминаются Гольмгрейн Иван Петрович (1881 года рождения, колония Каррас Минераловодского района) и Гольмгрейн Сусанна Андреевна (1893 года рождения, село Константиновское). Оба населенных пункта — бывшие немецкие колонии на Северном Кавказе, что указывает на типичный путь фамилии: она попала в Россию вместе с переселенцами из немецких земель в XVIII–XIX веках.

Словообразовательная модель здесь простая: фамилия представляет собой чистую основу прозвища без добавления русских суффиксов (-ов, -ин, -ский). Это характерно для поздних заимствованных фамилий, которые не адаптировались под русскую патронимическую систему, а сохранили исходную форму. Встречается такое чаще всего у немцев Поволжья и Причерноморья, а также у скандинавских переселенцев.

Таким образом, фамилия Гольмгрейн — это либо немецкое описание местности («зеленый остров»), либо шведское указание на жителя островка («островная ветвь»). Обе версии сходятся в одном: предок носителя фамилии жил у воды, на возвышенности или на речном острове.