Фамилия Холомеева — женская форма мужской фамилии Холомеев. В основе, скорее всего, лежит прозвище или мирское имя Холомей. Это слово — диалектный вариант имени Фалалей (каноническое Варфоломей), распространённый в северных и сибирских говорах. В архангельских и вологодских краях «холомей» могли называть нерасторопного, простоватого человека, а в некоторых местах — того, кто ходит в холщовой, домотканой одежде («холомя»). Есть и другая, менее вероятная версия: от слова «холомок» — так в псковских говорах называли небольшой холм, пригорок. Тогда фамилия могла указывать на место жительства — «с холма».

Суффикс -еев указывает на притяжательное значение: Холомеев буквально значит «сын Холомея». Такая модель (с ударением на второй слог) характерна для фамилий, образованных от имён и прозвищ на -ей: Алексеев, Андреев, Матвеев. Фамилия Холомеев — редкая, её нет в массовых списках дворянских родов или купеческих династий. Она бытует в основном на Русском Севере, в Архангельской и Вологодской областях, а также у потомков переселенцев из этих мест в Сибирь. Встречается и написание через «а» — Халамеев, что отражает акающее произношение.

Если говорить о сословном происхождении, то носители фамилии почти наверняка были государственными или помещичьими крестьянами. Никаких громких исторических личностей с этой фамилией не известно — она осталась в тени, сохранив бытовое, народное имя своего первого носителя. Это типичная «деревенская» фамилия, которая не попала в официальные родословные книги, но прочно закрепилась в северорусской среде.