Фамилия Улямаева — редкая, и её разбор требует внимания к основе. Скорее всего, она образована от мужского имени или прозвища Улямай. Суффикс -ев указывает на русскую модель патронимической фамилии: Улямаев — сын Улямая, а женская форма Улямаева — соответственно, жена или дочь Улямаева.

Что могло лежать в основе прозвища Улямай? Первая и самая вероятная версия — тюркские корни. В языках Поволжья и Урала (татарском, башкирском, чувашском) есть основа «улям» (улям, уллам) — «мой сын», «мальчик». Суффикс -ай часто образует ласкательные или уменьшительные имена: Улямай — «мой сыночек», «малыш». Такая модель типична для татарских и башкирских имён (ср. Уразай, Ахматай). Фамилия могла возникнуть в среде татар-мишарей или башкир, позже обрусев через суффикс -ев. В пользу этого говорит и окончание -аева: в русской традиции фамилии на -аев часто восходят к тюркским основам (Булаев, Сабаев).

Вторая, менее правдоподобная версия — связь с русским диалектным словом «улям» (улей). В некоторых говорах так называли дупло для пчёл или борть. Тогда Улямай — прозвище бортника, лесного пчеловода. Но суффикс -ай для русских прозвищ нехарактерен (обычно -яй, -ей), поэтому эта гипотеза слабая.

Географически фамилия Улямаева встречается в основном в Оренбургской области, Башкортостане и Татарстане — регионах, где исторически смешивались русские и тюркские народы. Многие носители — потомки крещёных татар или башкир, принявших русскую фамильную форму. Сословно предки Улямаевых могли быть государственными крестьянами или казаками — в Оренбуржье такие фамилии нередки среди бывших тептярей и бобылей.

В написании фамилии возможна вариативность: Улямаева (с буквой «ё» в ударении? — обычно ударение на второй слог: Улямáева). Редкие формы в документах XIX века могли писаться как Улямаевъ, Улямайевъ. Сейчас фамилия малочисленна — по открытым данным, её носят не более нескольких сотен человек в России.