Фамилия Варламчев образована от имени Варлам, народной формы канонического крестильного имени Варлаам. В православных святцах это имя носил преподобный Варлаам, игумен Киево-Печерского монастыря, но в быту оно звучало проще: Варлам. От этой обиходной формы и пошли фамилии — Варламов, Варлашин и, с другим суффиксом, Варламчев.

Суффикс -чев в этой фамилии указывает на особую модель образования. В русской ономастике фамилии на -чев обычно происходят от отчеств, образованных от имен или прозвищ на -ка: Варламка → сын Варламчев. То есть предок носителя фамилии мог зваться Варламка — уменьшительно-ласкательная форма, характерная для простонародной среды XV–XVII веков. В отличие от более распространённого Варламов, где суффикс -ов указывает на прямое отчество от полного имени, вариант на -чев подчёркивает более тесную, семейно-бытовую связь: не просто «сын Варлама», а «сын Варламки».

Географически фамилия Варламчев редкая. Основные очаги её бытования — центральные и северные регионы России, где имя Варлам было популярно в крестьянской и купеческой среде. Встречается она и на Урале, куда переселенцы принесли её в XVIII–XIX веках. По данным современных переписей, наибольшая концентрация носителей — в Вологодской и Архангельской областях, что косвенно указывает на севернорусские корни.

Само имя Варлаам имеет арамейское происхождение и означает «сын народа» или, по другой версии, «сын радости». Но для понимания фамилии важнее не исходное значение, а то, что имя было распространённым в монашеской среде и среди крестьян. Варламчев — фамилия, которая сохранила память о не самом частом имени, причём в той его форме, которую в официальных документах встречали реже, чем Варламов.