Фамилия Холомцев — одна из тех, где корень не лежит на поверхности, а суффикс указывает на конкретную модель образования. Она построена по схеме «прозвище + -ец → Холомец → Холомцев». Суффикс -ец в русских фамилиях часто указывал на принадлежность к местности или на характерный признак человека (ср. Донец — житель Дона, Молодец — удалой человек). В данном случае основа — «холом», и здесь возможны два основных объяснения.

Первая и наиболее вероятная версия связывает фамилию с диалектным словом «холом» или «холомок». В южнорусских и украинских говорах так называли небольшой холм, бугор, возвышенность. Холомцем могли прозвать человека, жившего на холме, либо того, кто происходил из села с таким названием — например, Холомки, Холомцы. Такие топонимы встречаются в Брянской, Курской, Смоленской областях и на севере Украины. В этом случае фамилия — типичный пример прозвища по месту жительства, которое закрепилось за родом.

Вторая версия, менее распространённая, отталкивается от слова «холом» в значении «голый, пустой, оголённый». В некоторых говорах «холом» могло означать «бедняк», «голытьба» или просто «лысый человек». Прозвище Холомец в таком случае давали либо неимущему, либо человеку с заметной лысиной. Однако эта версия слабее подкреплена лексически — в словарях такое значение фиксируется реже, чем топографическое.

Интересно, что фамилия Холомцев почти не встречается в центральных и северных регионах России. Основной ареал — юг России, особенно Ростовская, Волгоградская области, а также восток Украины. Это косвенно подтверждает связь с южнорусскими говорами. Фамилия довольно редкая, что говорит о её локальном происхождении — вероятно, от одного или нескольких небольших сёл.

В написании фамилии нет вариаций: форма Холомцев закрепилась через суффикс -ов, который присоединился к основе «Холомец». Это стандартная патронимическая модель: «чей сын?» — Холомцев, то есть сын Холомца.