Фамилия Коломенцова образована от прозвища Коломенец. Скорее всего, так называли выходца с берегов реки Коломенки в Ступинском районе Московской области, на которой стоит город Коломна. В основе этих названий, по мнению исследователей, лежит литовское kalmyne — «заросли аира». Есть и финно-угорская версия: kalm, kolm — «курган». В любом случае, предок носителей фамилии был, вероятно, уроженцем этих мест.

Однако возможен и другой — бытовой — вариант происхождения. В рязанских говорах слово «коломень» означало «околица, околоток, соседство». Тогда прозвище Коломенец могло достаться человеку, который жил на отшибе, у околицы, или, наоборот, отличался добрососедскими отношениями. Обе версии ведут к одной модели: прозвище Коломенец → фамилия Коломенцов (для мужчины) → Коломенцова (для женщины). Суффикс -ов- здесь стандартный патронимический: «чей?» — «сын Коломенца». Это типичная для центральной России фамилия, закрепившаяся в XVI–XVII веках, когда крестьяне и посадские люди активно получали фамилии по месту прежнего жительства.