Фамилия Хомлева — женская форма, а её основа, мужская фамилия Хомлев, образована от прозвища или мирского имени Хомель. В отличие от более частых фамилий на -ов/-ев, здесь исходная форма не на -а/-я, а на мягкий согласный, что сразу указывает на определённый тип прозвищ, характерный для северных и центральных говоров.

Корень «хомель» восходит к диалектному слову «хомель» — так в некоторых регионах называли хомяка. Прозвище Хомель могли дать человеку за внешнее сходство с этим зверьком: за щекастость, приземистость или манеру запасать припасы. В ономастике это типичная модель «животное → прозвище → фамилия», и она гораздо правдоподобнее, чем связь с редким топонимом или иноязычным корнем. Словарь русских фамилий Б. Унбегана подтверждает, что прозвища от названий грызунов (хомяк, суслик, мышь) встречались устойчиво.

Суффикс -ев в фамилии Хомлев стандартен: он присоединялся к основам на мягкий согласный или на -й. Если бы прозвище звучало как Хомля (от той же основы, но с окончанием -я), фамилия была бы Хомлин. А вариант Хомлев — более архаичный, он сохранил первоначальную форму прозвища без редукции.

Географически фамилия Хомлев тяготеет к югу России: Воронежская, Ростовская области, а также к Поволжью. В документах XVII–XVIII веков встречаются крестьяне и однодворцы с такой фамилией — это указывает на недворянское происхождение. Дворянские роды Хомлевых в официальных родословных книгах не значатся, что типично для фамилий, образованных от бытовых прозвищ.

Особенность написания: в старых документах фамилию могли фиксировать как Хомлевъ, через «ять»? нет, через «е», но с твёрдым знаком на конце. Встречается также вариант Хомлёв, с ударением на последний слог, но он редок и чаще всего — результат местного произношения или ошибки писаря. Современная форма Хомлева — нормативное окончание для женщин, ударение падает на первый слог: Хо́млева.