Фамилия Колмагорова тесно связана с географией Русского Севера и Урала. Её основа — старинное название села Холмогоры в Архангельской области, которое в документах 1329 года упоминается как Колмогоры. Именно эта форма с корнем «колм-» и закрепилась в фамилии, объясняя чередование гласных о/а в современном варианте.

Само название Холмогоры, вопреки кажущейся русской основе («холм» и «горы»), скорее всего, имеет финское происхождение. Исследователи возводят его к словам kalma («смерть, могила») и kari («утес»). Село, основанное новгородцами в XII веке как опорный пункт для торговли с Севером, получило имя от финно-угорского субстрата, который был распространён в этих краях до прихода славян. Позднее народная этимология переосмыслила непонятное слово в более привычное «Холмогоры».

Фамилия Колмагорова — женская форма от мужской Колмагоров, которая образована по стандартной русской модели с суффиксом -ов. Она указывает на потомка человека, которого в своё время прозвали Колмагоровым — то есть выходцем из Колмогор (Холмогор). Такие «географические» прозвища были удобны для идентификации переселенцев.

Основной ареал фамилии — Средний Урал и Зауралье. Это объясняется историческими миграциями: в XVII–XVIII веках жители Поморья активно осваивали Урал и Сибирь. Переселенцы из Холмогорского уезда, оседая на новых землях, передавали своё прозвание детям, которое со временем закрепилось как фамилия. Таким образом, носительница фамилии Колмагорова с большой вероятностью ведёт род от поморов, ушедших за Урал в поисках промыслов и лучшей доли.