Фамилия Гримачев образована от прозвища Гримач. В русских говорах слово «гримач» имело несколько значений: так могли называть человека, который часто гримасничает, кривляется, или же мастера, изготавливающего гримасы — маски, личины. Последнее значение связано с народной культурой ряженья и скоморошества: гримачом называли того, кто делал маски для святочных и масленичных игрищ. Таким образом, предок носителя фамилии мог быть либо человеком с живой, выразительной мимикой, либо ремесленником, чей промысел был связан с изготовлением масок.

С точки зрения словообразования, фамилия Гримачев относится к стандартной модели русских фамилий на -ев. Суффикс -ев присоединялся к основам, оканчивающимся на мягкий согласный или шипящий (в данном случае — на «ч»). Такая модель была распространена в центральных и северных губерниях России. Фамилия могла закрепиться за потомками Гримача в документах XVI–XVII веков, когда шло массовое закрепление прозвищ в качестве наследственных фамилий у крестьян и посадских людей.

Интересно, что фамилия Гримачев не имеет однозначной параллели с другими славянскими фамилиями от того же корня. В отличие от распространённых Гримайловых или Гримальских, её основа «гримач» почти не встречается в старых писцовых книгах, что делает фамилию редкой и локальной. Вероятно, она бытовала в узком ареале — возможно, на севере или северо-востоке России, где промысел изготовления масок был частью местной традиции.

В современных справочниках фамилия Гримачев не упоминается как дворянская или купеческая. Скорее всего, её носители происходили из крестьянской или ремесленной среды. Ономасты, такие как Б. Унбегаун, указывают, что фамилии на -ев от прозвищ с суффиксом -ач (Гримач, Кричач, Шептач) типичны для «говорящих» прозвищ, описывающих поведение или занятие человека. Других версий происхождения, например от имени Григорий, для фамилии Гримачев нет — она явно прозвищная, а не отканоническая.