Фамилия Варламичева — женская форма от Варламичев, а та, в свою очередь, образована от мужского имени Варламий через притяжательный суффикс -ев. Это типичная «отчествообразная» фамилия: предка звали Варламием, его сын стал Варламичевым, а потом фамилия закрепилась за родом.

В основе лежит каноническое церковное имя Варлаам (упрощённая народная форма — Варламий), которое пришло на Русь из греческого вместе с христианством. Имя древнееврейского происхождения, означает «сын народа» или «сын Божий». В православных святцах оно известно по преподобному Варлааму Хутынскому (XII век) и Варлааму Печерскому (XI век). На Руси имя было распространено среди духовенства и монашества, реже — среди крестьян и купцов.

Особенность фамилии — редкий суффикс -ичев, а не более привычный -ов или -ин. Обычно суффикс -ич (и его производные -ичев, -ичов) указывал на «сына такого-то» в древнерусской традиции (ср. Никитич, Ильич). Однако в фамилиях -ичев чаще всего встречается в северных и центральных губерниях России, а также в среде старообрядцев. Возможно, предки носительницы фамилии жили в районах Архангельской, Вологодской или Костромской областей, где такие формы были особенно живучи.

В дореволюционных метрических книгах фамилия могла писаться через «о» — Варламичев, а в просторечии — Варламычев. Встречается и вариант Варламов, но это уже другая словообразовательная модель (без суффикса -ич). Фамилия Варламичева — одна из тех, что сохранила архаичную форму отчества, и по ней можно предполагать, что основатель рода был человеком уважаемым, возможно, церковнослужителем или старообрядцем, — имя Варлаам в народной среде было не самым частым, но устойчиво держалось именно в тех кругах.