Фамилия Чернобалов — одна из тех, что построена по модели «прилагательное + существительное». В её основе лежит прозвище Чернобал, где первая часть «черно-» указывает на цвет (чёрный), а вторая — «бал» — слово, которое в русских говорах имело несколько значений. Чаще всего «бал» означало «большой камень», «валун», либо «шишка», «нарост» (например, на дереве). Таким образом, Чернобал — это человек с приметой: либо черноволосый и коренастый, плотный (как валун), либо тот, у кого была тёмная родинка или шишка. Возможна и переносная характеристика: «чёрный бал» — мрачный, тяжёлый на подъём человек.

Модель образования типична для русских фамилий XVII–XIX веков: суффикс -ов добавлялся к основе прозвища, давая ответ на вопрос «чей?» — сын Чернобала. Написание фамилии устойчивое, без вариантов вроде Чернобалев, что говорит о поздней фиксации в документах, когда орфография уже устоялась. Встречаются однокоренные фамилии — Чернобай, Чернобаев, но Чернобалов выделяется именно редким корнем «бал», который не следует путать с тюркским «бал» (мёд) — в русской ономастике это местное, диалектное слово.

Географически фамилия привязана к южнорусским и центральным областям — Курской, Орловской, Воронежской губерниям. Там слово «бал» в значении «камень» или «бугор» фиксируется в говорах. Социальный состав носителей — в основном крестьяне и однодворцы (потомки служилых людей, охранявших южные границы). Дворянских родов с этой фамилией не зафиксировано, что подтверждает её «прозвищное» происхождение из низших сословий.

В словаре Б. Унбегауна «Русские фамилии» модель «черно- + основа» описана как продуктивная для прозвищ по внешности, но конкретный разбор Чернобалова отсутствует — фамилия редкая, не попавшая в крупные своды. Это делает её особенно интересной для локальной генеалогии: если вы носитель такой фамилии, стоит искать предков среди крестьян Черноземья, а не в столичных архивах.