Фамилия Холмычева — женская форма фамилии Холмычев, а та, в свою очередь, образована от прозвища или нецерковного имени Холмыч. В русской ономастике суффикс -ыч (как в отчествах Ильич, Кузьмич) указывает на «сына» или «потомка» человека. То есть Холмыч — это «сын Холма» или человек, которого в семье называли по отцу Холм.

Корень здесь — «холм», слово общеславянское, означающее небольшую возвышенность. В основе фамилии может лежать прозвище, данное человеку по месту жительства: «холмыч» — житель холмистой местности, тот, кто поселился на холме или рядом с ним. Такие прозвища были распространены в северных и центральных русских землях, где рельеф часто неровный, а названия деревень вроде Холмы, Холмово встречаются сплошь и рядом.

Менее вероятная, но возможная версия — от личного имени Холм. В древнерусской антропонимии такие имена (по названиям объектов природы) давали нередко: например, Гора, Дуб, Берёза. В этом случае Холмыч — отчество от имени Холм, а Холмычев — уже фамилия от этого отчества.

Интересно, что суффикс -ыч в фамилиях встречается реже, чем -ов или -ин. Он характерен для западнорусских и белорусских земель, а также для некоторых северных говоров. Это делает фамилию Холмычев более редкой по словообразовательной модели, чем, скажем, Холмов или Холмский. Встречаются варианты написания через «о» — Холмычёв, что связано с диалектным произношением или ошибками переписчиков.

Сословно фамилия могла принадлежать как крестьянам, так и служилым людям — прозвище по месту жительства не привязывало к конкретному ремеслу. Точных сведений о географическом распространении фамилии Холмычева в открытых источниках мало, но логично искать её корни в регионах с холмистым ландшафтом: Смоленщина, Псковщина, Тверская область.