Фамилия Варломова — женская форма, мужская — Варломов. В её основе лежит имя Варлам, народный вариант канонического Варлаам. Варлаам — имя греческого происхождения, означающее «сын утешения», но в русской среде оно быстро обросло просторечными формами: Варлам, Варламий, Варлашка. От этих обиходных вариантов и пошли фамилии — Варламов, Варламиев, Варлашкин.

Варломов с буквой «о» во втором слоге — результат «аканья». В говорах, где безударное «а» произносили как «о», имя Варлам звучало как Варлом. На письме это закрепилось, и появилась фамилия с необычным для литературной нормы написанием. Такие случаи — не редкость: от имени Гаврила получились и Гаврилов, и Гаврилов (с разным ударением), а от имени Савва — и Саввин, и Савин. Варломов — та же история, только с заменой гласной под влиянием произношения.

Суффикс -ов указывает на принадлежность: Варломов буквально означал «сын Варлома». Фамилия эта недворянская, а крестьянская или мещанская. В документах XVII–XIX веков её носители встречаются в центральных и северных губерниях России — там, где «аканье» было особенно сильным. Например, в Вологодской и Архангельской губерниях фамилия Варломов фиксируется чаще, чем в южных областях.

Если сравнивать с более распространённой Варламов, то Варломов — вариант, который сохранил живую разговорную фонетику. В переписях и ревизских сказках одну и ту же семью могли записать то как Варламовы, то как Варломовы — писарь ориентировался на слух. Поэтому сегодня носители фамилии Варломова могут быть потомками тех же Варламовых, просто с закрепившимся в документах произносительным вариантом.