Фамилия Холомьев — редкая и неочевидная с точки зрения происхождения. В ней нет привычного суффикса -ов, образованного от имени или прозвища на -а/-я (как Иванов от Иван), но есть суффикс -ев, присоединённый к основе, которая кончается на мягкий согласный. Это сразу указывает: в основе лежало слово или прозвище, оканчивавшееся на мягкий знак или на й.

Самая правдоподобная версия связывает фамилию с диалектным словом «холомя» или «холомень». В русских говорах, особенно северных и сибирских, «холомень» — это открытое, голое место, поляна в лесу, а также низина, лощина. Человек, живший на таком открытом пространстве или в низине, мог получить прозвище Холомень. Суффикс -ев в фамилии Холомьев типичен для прозвищ, которые в быту звучали как Холомей (от Холомень через усечение). То есть предок был «Холомеев сын», что со временем закрепилось как Холомьев.

Есть и другая, менее вероятная гипотеза: связь с церковным именем Фалалей (греч. «цветущая маслина»). В народном произношении имя Фалалей нередко искажали до Халалей или Холомей. Если это так, то фамилия Холомьев — это вариант отчества от канонического имени, но без твёрдых доказательств эта версия уступает географической.

Фамилия встречается в основном в центральных и северных областях России, особенно в Вологодской и Костромской губерниях, где слова «холомень» и «холомя» были в ходу. Носители фамилии в XIX веке — чаще крестьяне или однодворцы, что подтверждает бытовое, а не церковное происхождение прозвища.

Словообразовательно фамилия проста: основа Холомь- (от Холомей или Холомень) плюс типичный фамильный суффикс -ев. Ударение, скорее всего, падает на второй слог: Холóмьев. В документах встречаются варианты написания с одной «м» (Холомев), но это результат упрощения на письме, а не другая фамилия.