Фамилия Колмычек — редкий пример, где в основе лежит не имя и не ремесло, а этническое прозвище. Исходное слово — «калмык», представитель народа, чьё самоназвание в тюркских языках означает «оставшиеся» (от глагола «калмак» — оставаться). В русских письменных источниках этноним «калмык» фиксируется с начала XVI века, а с конца XVIII века это слово уже использовали сами калмыки. В фамилии произошло характерное для «окающих» говоров чередование гласных: а перешло в о, поэтому мы видим Колмычек, а не Калмычек.

Прозвище Калмык (или Колмык) могли дать не только выходцу из степного народа. В крестьянской среде так нередко называли славянина, который чем-то напоминал калмыка — смуглой кожей, раскосыми глазами, чёрными волосами или даже манерой одеваться. Суффикс -ек в фамилии имеет уменьшительное или, точнее, «сыновье» значение: Колмычек — это «маленький Колмык» или «сын Колмыка». Такая модель образования (прозвище + -ек) встречается реже, чем стандартные -ов или -ин, что сразу выделяет фамилию среди соседних.

Географически фамилия тяготеет к южнорусским и поволжским областям — именно там контакт с калмыками был наиболее плотным. Встречается она и в украинских говорах, где форма Колмычек могла закрепиться через польское или белорусское влияние. Двойное написание (через а или о) не ошибка, а живое отражение диалектного произношения, которое в XIX веке зафиксировали писаря при переписях.