Фамилия Коломийцев образована по типичной восточнославянской модели от прозвища Коломиец. Основа — украинское диалектное слово «коломыйе», то есть «заполненные водой глубокие выбоины на дороге». Это же слово дало название городу Коломыя в современной Ивано-Франковской области Украины. Прозвище Коломиец могли дать человеку, приехавшему из Коломыи, либо тому, чья внешность или характер ассоциировались с чем-то неровным, «выбитым» — грубоватым или неуклюжим.

Суффикс -ев в фамилии указывает на принадлежность: Коломийцев — это «сын Коломийца», то есть потомок того, кого звали Коломиец. Такая форма с -ев, а не с -ов, встречается реже и характерна для фамилий, где основа оканчивается на мягкий или шипящий согласный (сравните: Кузнец — Кузнецов, но Коломиец — Коломийцев). Стоит отметить, что в украинской среде фамилия могла бы звучать как Коломієць, а в русской традиции закрепился именно вариант с суффиксом -цев.

Встречается фамилия преимущественно в южнорусских и центральных регионах, где исторически было сильное влияние украинской культуры. Родственные фамилии — Коломиец, Коломыйцев, Коломойцев. Последняя форма, с буквой «о» в основе, возникла под влиянием акающих говоров или при упрощении произношения.