Фамилия Гуломбек с высокой вероятностью имеет тюркское происхождение и образована от личного имени. В её основе лежит мужское имя Гуломбек (варианты: Гуламбек, Гулямбек), которое состоит из двух частей. Первая часть — «гулом» (или «гулам») восходит к арабскому слову «гулам» (غلام) — «мальчик, юноша, слуга». В тюркских языках это слово часто входило в состав имён, означая «слуга» или «раб» в религиозном контексте, подразумевая «раб Божий». Вторая часть — «бек» — тюркский титул, означающий «господин, князь, предводитель». Сложение этих компонентов даёт значение «юный господин» или «слуга-бек», что характерно для сложных имён, где «бек» выступает как показатель знатности или уважения.

Фамилия образована по модели, типичной для многих народов Средней Азии (узбеков, таджиков, туркмен) и Кавказа: к полному имени отца или деда добавлялся суффикс принадлежности, но в данном случае суффикс отсутствует — фамилия совпадает с самим именем Гуломбек. Такое оформление (без русских суффиксов -ов/-ев или -ин) указывает на то, что её носители, скорее всего, не проходили через массовую русификацию фамилий в Российской империи или СССР, либо фамилия была записана в советских документах в «национальном» варианте без изменений.

Географически фамилия Гуломбек наиболее распространена в Узбекистане, Таджикистане и Афганистане. Встречается она и среди этнических таджиков в приграничных районах. В России или странах бывшего СССР такая фамилия редка и почти всегда указывает на среднеазиатские корни предков.

Словообразовательный разбор показывает, что перед нами фамилия-антропоним, то есть прямая запись личного имени в качестве родового прозвища. В отличие от русских фамилий на -ов, которые означали «чей?» (чей сын? — Гуломбеков), фамилия Гуломбек фиксирует имя родоначальника без дополнительного форманта. Это типично для восточных ономастических традиций, где фамилия могла быть просто именем старшего в роду.

О сословной принадлежности носителей фамилии судить сложно: компонент «бек» в имени не гарантирует аристократического происхождения в XX веке, так как «бек» стал популярным элементом имён у разных слоёв населения. Однако в прошлом такая именная формула могла указывать на принадлежность к местной знати или чиновничеству.