Фамилия Коломыцина образована от прозвища Коломыца. В основе прозвища лежит украинское диалектное слово «коломыйе» — так называли глубокие выбоины на дороге, заполненные водой. Это же слово дало название городу Коломыя в Ивано-Франковской области Украины. Человек, которого прозвали Коломыцей, мог быть выходцем из этого города или жить рядом с дорогой, изобилующей такими рытвинами. Со временем прозвище закрепилось за потомками в форме фамилии с типичным русским суффиксом принадлежности -ин, указывающим на родство: «чей?» — Коломыцин, в женском роде — Коломыцина.

Словообразовательная модель здесь прозрачна: суффикс -ин присоединяется к основе прозвища, оканчивающейся на -а. Такая схема характерна для фамилий, возникших в северных и центральных русских землях, где притяжательные прилагательные на -ин образовывались от личных имён и прозвищ на -а/-я. В южных и западных регионах чаще использовали суффикс -ов/-ев, поэтому вариант Коломыцов встречается реже, но тоже возможен.

Географически фамилия Коломыцина тяготеет к областям, граничащим с Украиной, — Курской, Белгородской, Воронежской, а также к Поволжью, куда крестьяне переселялись в XVIII–XIX веках. Встречаемость фамилии невысокая: она не входит в число распространённых, что делает её локальным маркером — носители, скорее всего, происходят из одного или нескольких соседних родов.

Иногда фамилию ошибочно связывают с глаголом «колотить» или словом «колом» (дубина), но это народная этимология. Лингвистически надёжнее версия с топонимом Коломыя: город известен с XIII века, и прозвище по месту жительства — один из самых частых способов образования русских фамилий. Других убедительных гипотез нет.