Фамилия Голомеева — женская форма фамилии Голомеев, и её происхождение напрямую связано с прозвищем или именованием предка-мужчины. Основа здесь — «Голомей», или, что более вероятно, «Голомейко» (с уменьшительным суффиксом -к-), которое затем оформилось в фамилию по стандартной русской модели с суффиксом -ев.

Корень «гол-» в славянских прозвищах и фамилиях многозначен. Чаще всего он отсылает к слову «голый» — то есть бедный, неимущий, либо лысый. В словаре русских фамилий Б. Унбегауна подобные образования (Голов, Голый, Голяк) трактуются именно как указание на социальное положение или внешность. Однако в случае с Голомеевым интереснее второй вариант: «голомя» — старинное слово, означающее открытое место, поле, простор. В говорах «голомень» — это чистое, ничем не заросшее пространство. Тогда прозвище Голомей могли дать человеку, жившему на пустоши, на голом месте, или же тому, кто любил открытые пространства, был «степняком».

География фамилии тяготеет к югу России и Украине. Форма на -еев (а не на -ов) характерна для фамилий, образованных от основ на -ей или -ейко. В XIX веке Голомеевы фиксировались в Курской, Воронежской губерниях, а также среди донских казаков — что косвенно подтверждает версию о прозвище «степняк». Казачья среда часто давала прозвища по характеру местности или образу жизни.

Есть и более редкая, спорная версия: связь с тюркским «голом» (голый, пустой) или калмыцким «гол» (река, долина). Но она слабая, так как фамилия имеет типично восточнославянский суффиксальный строй и не содержит характерных тюркских формантов. Наиболее правдоподобно объяснение через славянское «голомя» — открытое поле.

Таким образом, предок носителей фамилии Голомеевых, скорее всего, получил прозвище за место жительства (житель пустоши, степи) или за бедность. Фамилия редкая, недворянская, крестьянско-казачьего происхождения.