Фамилия Колымаева — женская форма фамилии Колымаев, а та, в свою очередь, образована от прозвища или нецерковного имени Колымай. В основе лежит слово «колымага» — так на Руси называли закрытый возок, карету или тяжёлую телегу. В переносном смысле колымагой могли обозвать неповоротливого, медлительного человека или, наоборот, того, кто был связан с извозом, ремонтом повозок. Прозвище легко закреплялось за ямщиками, каретниками или просто людьми грузного телосложения.

Суффикс -ев в фамилии Колымаев указывает на притяжательное значение: «чей?» — «сын Колымая». По модели образования это типичная патронимическая фамилия, характерная для русских земель, особенно для северных и центральных губерний. Окончание -а в женском варианте — стандартный грамматический показатель рода.

В ономастике фамилия Колымаев нечастая, но не единичная. Встречаются документальные упоминания крестьян и мещан с этой фамилией в Пермской, Вятской и Костромской губерниях. В словаре Б. Унбегауна «Русские фамилии» слово «колымага» упоминается как источник прозвищ, но сама фамилия Колымаев не выделена в отдельную статью — это говорит о её сравнительной редкости.

Интересно, что в некоторых говорах слово «колымага» имело ироничный оттенок: так называли не только экипаж, но и старую, разваливающуюся вещь. Поэтому прозвище могло закрепиться за человеком не столько по профессии, сколько по привычке копить хлам или ходить в обносках. Однако основной версией остаётся связь с извозным промыслом или тележным делом.

Фамилия Колымаева — не дворянская, не купеческая, а народная, крестьянско-мещанская. Её носительницы в XIX веке были, скорее всего, женщинами из семей ямщиков, ремесленников или вольных хлебопашцев.