Фамилия Холмачева — женская форма фамилии Холмачев, которая образована от прозвища или мирского имени Холмач. В основе лежит слово «холм» — возвышенность, бугор. Скорее всего, Холмачом называли человека, который жил на холме, за холмом или владел землёй на возвышенности. Такие прозвища по месту жительства давали часто: человек мог получить имя Холмач, а его дети становились Холмачевыми.

Суффикс «-ач» в прозвище указывает на активный признак: Холмач — не просто «живущий у холма», а скорее «холмистый», «заметный на холме» или «имеющий отношение к холму». В русской ономастике суффикс «-ач» нередко придаёт слову оттенок характерности: ср. «бородач», «усач», «толмач». В фамилиях этот суффикс встречается реже, чем «-ов» или «-ин», что делает Холмачевых носителями довольно редкой словообразовательной модели.

Географически фамилия тяготеет к северным и центральным областям России, где холмистый рельеф был обычен и давал много топонимов. Встречаются деревни Холмы, Холма, Холмово — от них тоже могли образовать прозвище. Фамилия Холмачев фиксируется в переписях XVI–XVII веков, например, в новгородских писцовых книгах, где упоминаются крестьяне с таким именованием. Это говорит о том, что предки носителей фамилии были, скорее всего, крестьянами или посадскими людьми, жившими на земле и тесно связанными с местностью.

Стоит отметить, что фамилия не имеет отношения к слову «холм» в переносном смысле (например, «холм» как могильный курган) — такая версия была бы натянутой, так как в основе прозвищ обычно лежит прямое значение, связанное с ландшафтом. Таким образом, Холмачевы — потомки человека, которого окрестили по его приметному месту жительства, и фамилия сохранила эту топографическую привязку на века.