Фамилия Вохромеев — один из примеров того, как народная фонетика перекроила церковное имя до полной неузнаваемости. В основе лежит крестильное имя Варфоломей. В разговорной речи оно прошло цепочку сокращений: Варфоломей — Вахрамей — Вохромей. Суффикс -ев указывает на типичную модель русской фамилии: «чей?» — Вохромеев, то есть сын Вохромея. Менее вероятно, хотя и не исключено, происхождение от имени Вахраме́й (форма от Варлаам), но по звуковому облику версия с Варфоломеем убедительнее.

Само имя Варфоломей — древнееврейского происхождения, означает «сын вспаханной земли», «сын Толмая». На Руси оно было распространено благодаря апостолу Варфоломею, а в народе давало десятки производных форм: Вахрамей, Вахромей, Вохромей, Охромей. Фамилия Вохромеев закрепила одну из таких форм, причём с начальным «В», которое в ряде говоров могло появиться как протеза (приставной звук) перед гласной «о». Это характерно для северных и северо-восточных русских говоров, где часто говорили «вострый» вместо «острый» или «Вохромеев» вместо «Охромеев».

Географически фамилия тяготеет к старообрядческим регионам: Вологодчина, Архангельская область, Урал, Сибирь. Варфоломей — имя, которое чтили и в официальной церкви, и у староверов, но именно в среде северных крестьян и купцов сохранились архаичные формы имён. В переписных книгах XVII века встречаются крестьяне Вохромейки и Охромейки, а к XVIII–XIX векам фамилия Вохромеев уже устойчиво фиксируется в метриках Вятской и Пермской губерний.

С точки зрения социального состава, Вохромеевы — преимущественно крестьянский и мещанский род. Дворянских ветвей с такой фамилией история не знает, что лишний раз подтверждает её «низовое» происхождение: имя давали в простонародье, а фамилию образовали по простейшей отческой модели, без дополнительных суффиксов облагораживания. Встречается также редкий вариант написания с одной «е» — Вохромев, но он, скорее всего, результат канцелярской ошибки или местного произношения.

Если сравнивать с однокоренными фамилиями, то Вохромеев стоит в одном ряду с Вахрамеевым, Вахромеевым, Охромеевым и даже Фроловым (Фрол — народная форма от Флор, но это уже другая история). Все они — продукт одного и того же процесса: церковное имя, пройдя через народное произношение, дало несколько вариантов, каждый из которых закрепился как самостоятельная фамилия. Вохромеев — наиболее фонетически изменённый вариант, и именно эта степень трансформации делает фамилию ценной для историков языка.