Фамилия Голуменова — женская форма фамилии Голуменов, и её происхождение стоит искать в мужском варианте. Словообразовательная модель проста: суффикс -ов (в женском роде -ова) указывает на принадлежность — «сын Голумена» или «из семьи Голумена». Но главная загадка — в основе «Голумен», которая не встречается в современных русских именах или прозвищах.

Скорее всего, корень восходит к диалектному слову «голумен» или «голомень». В русских говорах «голомень» — это открытое, свободное пространство, поляна, а также место, лишённое растительности. В переносном смысле так могли назвать лысого человека или того, кто жил на пустоши. Есть и другая версия: в некоторых регионах «голуменем» называли голубца — блюдо из капусты, но прозвище по еде для фамилии маловероятно, разве что в шутливой форме.

Возможна и связь с личным именем Голумен, которое могло быть вариантом крестильного имени Галактион (от греческого «гала» — молоко). В народной речи имена часто искажались до неузнаваемости: Галактион превращался в Лактиона, а оттуда — в Голумена. Эта версия подкрепляется тем, что фамилия встречается в старых документах преимущественно в центральных и северных губерниях России, где такие фонетические изменения были обычны.

Фамилия редкая, не имеет широкой географии. Основные очаги бытования — Вологодская, Костромская и Ярославская области. В XIX веке Голуменовы числились в основном среди государственных крестьян и мещан. Дворянских родов с такой фамилией не зафиксировано, что указывает на её простонародное происхождение.

Если опираться на словарь Б. Унбегауна, фамилии на -ов/-ев от основ на -ен — нечастое явление. Обычно они образуются от прозвищ с суффиксом -еня (например, Голуменя), который со временем редуцировался. Таким образом, исходное прозвище могло звучать как Голуменя — уменьшительно-ласкательная форма от того же «голумень» или от имени Голумен.