Фамилия Варламычева — женская форма от мужской Варламычев, и её разбор стоит начать не с корня, а с суффикса. Суффикс -ычев здесь редкий и показательный. В русских фамилиях чаще встречается -ичев (от имён на Илья, Фома), а -ычев характерен для основ на твёрдый согласный или ц: Кузьмичёв, Варламычев. Это сразу указывает, что фамилия образована не от канонического церковного Варлаам, а от его народной, «простонародной» формы — Варламыч. Именно так в быту называли человека по отчеству или по имени с оттенком фамильярности: «Варламыч» — сокращение от Варлаамович или прямое прозвище.

Основа фамилии восходит к имени Варлаам. Это имя греческого происхождения, в основе которого, по разным версиям, лежит арамейское «бар-лаам» — «сын народа» или древнееврейское «баал-харам» — «владыка высоты». В православной традиции имя прославлено преподобным Варлаамом Хутынским (XII век) и Варлаамом Печерским (XI век), но в народе оно часто искажалось: Варлам, Варламыч. Именно от этого просторечного варианта и пошла фамилия.

География фамилии Варламычев/Варламычева довольно узкая. По данным переписей и архивов, она концентрируется в центральных и северных регионах России — в Вологодской, Костромской, Ярославской областях. Это типичная «северная» фамилия, где долго держались старые имена и отчества, не вытесненные столичной модой на -ов/-ев от полных имён. Предки носительницы фамилии, скорее всего, были крестьянами или посадскими людьми, жившими в этих краях, и их прозвали по отцу Варламычу — то есть по имени деда Варлаама.

В написании фамилии возможна путаница. В документах XIX — начала XX века нередко встречается вариант Варламычев через «ы» (Варламычев) и Варламычева, но изредка — Варламычев с «и» (от Варламий), что является ошибкой писаря. Правильный исторический корень — через «ы», так как он отражает живую речь, а не книжную норму. Других однокоренных фамилий, кроме Варламов (от полного имени) и Варлашин (от уменьшительного Варлашка), у этой основы немного, что делает Варламычеву одной из самых редких и локальных.