Фамилия Коломытцева — женская форма фамилии Коломытцев. Её основа — прозвище Коломытец, которое в русских говорах могло означать человека из города Коломыя (ныне Ивано-Франковская область Украины). Однако это лишь одна из версий, и не самая очевидная для центральной России.

Разберём словообразовательную модель. Суффикс -цев (в женском роде -цева) указывает на принадлежность: «сын Коломытца» или «из семьи Коломытца». Такая модель характерна для фамилий, возникших в среде служилых людей и крестьянства в XVI–XVII веках. Само прозвище Коломытец, скорее всего, связано не с городом, а с диалектным словом «коломыть» — так в некоторых областях называли сварливого, беспокойного человека или того, кто «коломытит» (суетится, создаёт шум). В словаре В. И. Даля «коломытить» значит «мутить, ссорить, сплетничать». Таким образом, предок Коломытцевых мог получить прозвище за неуживчивый характер или хлопотливую натуру.

Версия о происхождении от топонима Коломыя менее вероятна для русских фамилий с суффиксом -цев: выходцев из городов чаще называли просто Коломыйскими или Коломейцевыми (с ударением на второй слог). Форма Коломытец с ударением на второй слог встречается в воронежских и рязанских говорах, где «коломыть» означало ещё и «чесать шерсть» — возможно, прозвище дали валяльщику или тому, кто занимался переработкой шерсти.

География фамилии Коломытцев (и Коломытцева) сосредоточена в центральных и южных областях России: Воронежская, Тамбовская, Саратовская губернии. Встречается она нечасто — это редкая фамилия, что говорит о локальном происхождении от одного или нескольких родов. В документах XVIII–XIX веков Коломытцевы числятся среди однодворцев (государственных крестьян, потомков служилых людей) и мещан.

Таким образом, фамилия Коломытцева с высокой вероятностью восходит к диалектному прозвищу, характеризующему поведение или род занятий предка, а не к географическому названию.