Фамилия Колмычков происходит от прозвища Колмычек. В его основе лежит этноним «калмык» — название народа, который в XVII веке переселился из западной Монголии в Нижнее Поволжье и на Северный Кавказ. Слово «калмак» тюркского происхождения, означает «оставшиеся»; в русских документах оно встречается с начала XVI века, а с конца XVIII века так стали называть себя сами калмыки.

Прозвище Колмычек, скорее всего, дали не калмыку, а славянину. В крестьянской и казачьей среде так могли прозвать человека за смуглую кожу, раскосые глаза или просто за то, что он долго жил среди калмыков и перенял их привычки. Фамилия закрепилась через патронимический суффикс -ов, который в русской традиции отвечал на вопрос «чей?»: Колмычков — сын Колмычека.

Основа Колмыч- — результат чередования корня и уменьшительного суффикса -ек. Фонетически «калмык» превратилось в «колмык» под влиянием акающих говоров, где безударное «а» звучит как «о». Такая замена встречается в южнорусских и поволжских говорах, что указывает на географию бытования фамилии — скорее всего, её корни лежат в регионах, граничащих с Калмыкией: Астраханской, Волгоградской, Ростовской областях или Ставрополье.

В отличие от фамилий Калмыков или Калмычёв, вариант Колмычков встречается реже, что делает его более локальным. По сути, это не этнический маркер, а бытовое прозвище, закрепившееся за одним родом.