Фамилия Коломея звучит необычно для русского уха, и это не случайно. Вопреки возможной догадке, её основа — не польское miasto «город» и не итальянская колонна. Корень здесь украинский, а точнее — западноукраинский, и связан он с топонимом. Фамилия образована от названия города Коломыя в Ивано-Франковской области Украины (историческая Галиция). Слово «Коломыя» имеет несколько версий происхождения: от румынского «коло» (круг) и «мия» (овца), то есть «овечий загон», или от названия реки. Носитель фамилии Коломея — это человек, выходец из Коломыи или её окрестностей.

Словообразовательная модель проста и прозрачна: к географическому названию добавили суффикс -ея (в украинской традиции — -єя). Это редкий для русских фамилий суффикс, но типичный для украинских фамилий, образованных от названий городов и сёл: например, Борисполея (от Борисполя), Золочея (от Золочева). В русском языке такой способ встречается крайне редко и чаще всего в заимствованных фамилиях. Ударение в фамилии, скорее всего, падает на последний слог — Коломе́я, как и в названии города.

Если сравнивать с однокоренными фамилиями, то более распространённая форма — Коломыйский или Коломиец. Последняя встречается гораздо чаще и тоже означает выходца из Коломыи. Фамилия Коломея — более редкий, архаичный вариант, который мог закрепиться в определённой местности, например, среди переселенцев из Галиции в другие регионы Российской империи. Встречается она преимущественно на западе Украины, а также в южных областях России и в Краснодарском крае, куда в XIX — начале XX века активно переселялись украинские крестьяне.

Социальный контекст фамилии — крестьянский или мещанский. Фамилии на -ея обычно не дворянские; они фиксировали место жительства или происхождения человека, который мог быть ремесленником, торговцем или хлеборобом. В документах XVIII–XIX веков такие фамилии часто писали «на слух», поэтому возможны варианты написания: Коломея, Коломе́й, Коломей. Но форма с окончанием -я — наиболее точная, так как сохраняет связь с исходным топонимом.