Фамилия Болыбин — редкий случай среди русских фамилий на -ин, где основа почти наверняка не связана с именем или профессией, а восходит к прозвищу. Модель образования проста: суффикс -ин указывает на принадлежность («чей?»), то есть Болыбин — сын или потомок человека по прозвищу Болыба.

Самая правдоподобная версия — связь с диалектным словом «болыба», которое в некоторых говорах означало «большой, неуклюжий предмет» или «толстяк». В словаре Владимира Даля есть «болыбать» — болтаться, мотаться, а также «болыбень» — о полном, неповоротливом человеке. Прозвище Болыба могли дать крупному, медлительному или нерасторопному мужчине — и это типичный для русской ономастики случай, когда физическая черта становилась родовым именем.

Менее вероятна, но возможна связь с тюркскими корнями. В казахском и башкирском языках есть слово «балык» — рыба, а «балыб» могло быть искажённым вариантом. Однако для фамилий на -ин такая тюркская основа встречается редко, и в случае Болыбина отсутствуют надёжные параллели в документах XVI–XVII веков, которые подтвердили бы версию.

Географически фамилия тяготеет к центральным и северным областям России. В переписях XIX века Болыбины чаще всего встречались в Вологодской, Костромской и Вятской губерниях — регионах, где сохранялись архаичные говоры и слова вроде «болыба». Это косвенно подтверждает диалектную природу прозвища.

В отличие от многих фамилий на -ин, Болыбин не имеет очевидной «церковной» или «именной» основы (как Иванов или Петров). Его носители в большинстве своём были крестьянами или мещанами — дворянских родов с такой фамилией не зафиксировано. Это делает фамилию хорошим примером того, как прозвище, данное по внешности или повадке, закреплялось в крестьянской среде и передавалось по наследству, минуя официальные сословные реестры.