Фамилия Оломенцев — редкий случай, когда суффикс -ев присоединен к основе, которая сама по себе уже содержит фамильный формант. Это сразу указывает на то, что перед нами не первичная, а вторичная фамилия, образованная от другой фамилии или отчества.

В основе лежит имя или прозвище Оломенец. Суффикс -ец в русских фамилиях часто указывал на принадлежность к местности: «оломенец» — это житель или выходец из Оломы. Но что такое Олома? Скорее всего, это народная форма названия финского города Оулу (по-шведски Uleåborg, по-русски в старину — Улеаборг). В русских говорах и документах XVII–XVIII веков город и реку Оулуйоки могли называть Олома, отсюда и прозвище для приезжего — Оломенец. Вторая версия, менее вероятная, связывает корень с диалектным «олом» — обман, плутовство. Тогда Оломенец — тот, кто промышляет обманом, хитрец. Но географическая привязка выглядит убедительнее: фамилия встречается в основном в северных и центральных регионах России, куда могли переселяться выходцы с севера.

Модель образования проста: к прозвищу Оломенец добавили стандартный патронимический суффикс -ев, получив буквально «сын Оломенца». В XIX веке такие фамилии часто фиксировались у крестьян и мещан — людей, чьи предки не имели наследственной фамилии и получили её по имени отца или по месту прежнего жительства.

Особенность написания — двойное «н» в корне. Встречается и вариант Оломенцов (с суффиксом -ов), что говорит о смешении двух продуктивных моделей в народной речи. Но форма Оломенцев, с «е» после «ц», — более старая и правильная с точки зрения русской фонетики: после ц под ударением пишется о (Оломенцо́в), без ударения — е (Оломенцев).

Таким образом, предки современных Оломенцев — скорее всего, выходцы с Русского Севера, из района, связанного с Оломой (Оулу), либо люди, получившие прозвище за хитрость. Фамилия недворянская, без следов в родословных книгах, но живая и редкая — её носителей можно встретить в Пермском крае, Кировской области и на Урале.