Фамилия Коломыкина, скорее всего, образована от прозвища или мирского имени Коломыка. В её основе лежит глагол «коломыкать», который в русских говорах имел несколько значений: бродить без дела, слоняться, а также говорить невнятно, путано, или же делать что-то кое-как, небрежно. Таким образом, Коломыкой в старину могли назвать человека непоседливого, бродягу, либо того, кто говорил сбивчиво или работал спустя рукава. Это прозвище — из разряда «характеристических», которые давались по заметной черте поведения.

Суффикс -ин указывает на принадлежность: Коломыкин — сын Коломыки. То есть фамилия изначально отвечала на вопрос «чей?» и закрепилась за потомками человека с таким прозвищем. Форма Коломыкина — женский вариант той же фамилии, образованный по той же модели (дочь или жена Коломыкина).

Менее вероятная версия связывает фамилию с топонимом. В России есть несколько небольших деревень с названием Коломыкино (например, в Костромской области). В этом случае родоначальник мог получить фамилию по месту жительства или выхода — «из Коломыкина». Однако прозвищное происхождение выглядит более естественным, так как глагол «коломыкать» широко бытовал в народной речи, а фамилии на -ин от прозвищ — одни из самых распространённых в центральной России.

Интересно, что фамилия Коломыкин (и её женская форма) встречается реже, чем однокоренная Коломиец, которая связана с исторической местностью Коломыя. В отличие от неё, Коломыкина имеет чисто русскую, а не украинскую основу и явно отсылает к бытовому прозвищу, а не к географическому названию. По переписям XIX века носители этой фамилии чаще всего фиксировались в северных и центральных губерниях — Вологодской, Костромской, Ярославской, что подтверждает её севернорусские корни.