Фамилия Трофимычева — редкий пример, когда женская форма звучит привычнее мужской: Трофимычев встречается гораздо реже. В основе лежит каноническое имя Трофим, что в переводе с греческого означает «кормилец» или «питомец». Но интерес не в корне, а в суффиксе.

Большинство русских фамилий от имени Трофим образованы через суффикс -ов: Трофимов. Трофимычев же использует цепочку Трофим → Трофимыч (отчество или прозвище) + -ев. Суффикс -ыч характерен для северных и центральных русских говоров, а также для белорусской традиции. Такая модель часто указывала на принадлежность младшему в роду или на прозвище, закрепившееся за человеком, которого звали по отчеству в быту: «Иван Трофимыч» — и пошло.

Есть и вторая, менее очевидная версия: фамилия могла возникнуть не напрямую от отчества, а от прозвища Трофимыч, которое давали человеку, служившему у помещика Трофима или работавшему на него. В крестьянской среде XIX века такие «хозяйские» прозвища были распространены: если барин Трофим, то его крепостного могли звать Трофимыч, а детей — Трофимычевы.

Географически фамилия тяготеет к северо-востоку европейской России: её фиксируют в старых переписях Вологодской, Костромской и Вятской губерний. В южных областях и в Сибири она редка. Это позволяет предположить, что предки носителей фамилии были государственными или монастырскими крестьянами Русского Севера, где отчества на -ыч долго держались в бытовом обиходе.

С точки зрения словообразования Трофимычева стоит в одном ряду с такими фамилиями, как Кузьмичёв, Лукичёв, Ильичёв — все они образованы от разговорных форм отчеств. Разница лишь в том, что Трофим дал меньше производных, поэтому фамилия осталась относительно малочисленной.