Фамилия Гомлякова — женская форма фамилии Гомляков, а та, в свою очередь, образована от прозвища Гомляк. Самая вероятная версия связывает это прозвище с географическим названием: выходец из местечка Гомля (Полоцкий район Витебской области Белоруссии) получал прозвище Гомляк. Такая модель — по названию родного села или города — одна из древнейших в русской и белорусской ономастике.

Есть и вторая гипотеза, лингвистическая. Она отталкивается от украинского слова «гомілка» — «голень». Если принять эту версию, то прозвище Гомляк могло закрепиться за голенастым человеком либо за тем, кто много ходил пешком — например, за гонцом или скороходом. Оба объяснения имеют право на существование, но топонимическое (от названия Гомля) выглядит убедительнее: в пользу него говорит наличие конкретного населённого пункта и устойчивая традиция называть переселенцев по покинутому месту.

Фамилия образована по стандартной модели русского языка: основа Гомляк- плюс суффикс принадлежности -ов. Суффикс -ак характерен для прозвищ, часто указывающих на внешность или происхождение. Со временем прозвище Гомляк закрепилось как родовое имя, и его потомки стали Гомляковыми. Фамилия редкая, её носители, скорее всего, имеют корни в северо-западных областях современной Беларуси или в смежных регионах России.