Фамилия Коломентьев — пример того, как народная речь перекроила церковное имя. В основе лежит имя Коломентий, которое, скорее всего, просторечная форма канонического крестильного имени Климентий (в переводе с греческого — «милостивый» или «виноградная лоза»). Замена «Кли-» на «Коло-» произошла под влиянием привычного для русского уха звучания: так имя приспособили к удобному произношению, и оно зажило своей жизнью.

Фамилию образовали по стандартной модели: к имени Коломентий прибавили патронимический суффикс -ев. Это указывает на то, что родоначальника, носителя имени Коломентий, называли «Коломентьев сын» — со временем притяжательное прилагательное закрепилось как родовое прозвище, а затем и фамилия.

О точном месте и времени возникновения фамилии говорить сложно: процесс формирования фамилий в разных слоях общества растянулся на несколько веков. Однако по суффиксу -ев можно предположить, что фамилия оформилась в центральных или южнорусских землях, где такие окончания были особенно распространены. Встречается и вариант написания «Коломе́нтьев» (с ударением на второй слог), что отличает её от фамилии, образованной от названия города Коломна (там ударение падало бы на «о»).

В отличие от многих фамилий на -ов/-ев, эта не связана ни с ремеслом, ни с прозвищем по внешности — она чисто патронимическая, то есть целиком восходит к личному имени предка. Это делает её надёжным маркером того, что предок Коломентьевых был крещёным человеком, а его имя в народном пересказе обросло местным говором.