Фамилия Улымова — женская форма фамилии Улымов, и её разбор стоит начать с неочевидного корня. В отличие от большинства русских фамилий, оканчивающихся на -ов/-ев, здесь основа не отчётливо славянская, а скорее тюркская. Слово «улым» в тюркских языках (татарском, башкирском, казахском) означает «мой сын» или «сынок». Это ласковое обращение старшего к младшему, которое могло закрепиться как прозвище.

По модели образования фамилия Улымов — типичная для русской ономастики: тюркское прозвище Улым + русский патронимический суффикс -ов. Такой гибрид встречается часто, особенно в семьях, где предки жили на стыке славянского и тюркского миров — в Поволжье, Приуралье или на юге России. Суффикс -ов указывает на принадлежность: Улымов буквально значит «сын Улыма» или «из рода Улыма».

Менее вероятная, но возможная версия — связь с диалектным русским словом «улым», которое в некоторых говорах означало «улей» или «колода для пчёл». В этом случае фамилия могла указывать на ремесло бортника или пасечника. Однако эта гипотеза слабее: слово «улым» в значении «улей» почти не фиксируется в письменных источниках, а тюркский корень широко распространён и объясняет фамилию проще.

Фамилия Улымов (и Улымова) редкая. Она не встречается в больших дворянских родословных книгах и не попала в списки массовых крестьянских фамилий центральной России. Её география — скорее юго-восток, территории бывшего Казанского ханства и Оренбуржья, где веками жили рядом русские и татары. Носители фамилии могли быть крещёными татарами, русскими, перенявшими тюркское прозвище, или потомками служилых людей, стоявших на пограничье.

Если смотреть на однокоренные фамилии, то Улымов стоит в одном ряду с Улямовым, Ульмаевым, Ульмановым — все они восходят к тюркскому «ул» (сын) или «улым». Разница в суффиксах и огласовке отражает местные диалектные особенности и то, как имя записывал писарь при переписи.