Фамилия Чернобыкин — редкий случай, когда прозвище, лёгшее в основу, сохранилось почти без изменений. В ней легко угадывается корень «чернобыл» — так в народе называли полынь обыкновенную (Artemisia vulgaris). Человек мог получить прозвище Чернобыл по месту жительства: например, в заросшей полынью низине, у «чернобыльного» оврага. Либо по внешним чертам — смуглый, чернявый, «черный как полынь». Третья версия, менее вероятная, но возможная: прозвище давали горькому, неуживчивому человеку (по горькому вкусу растения).

Модель образования типична для восточнославянских фамилий: прозвище Чернобыл + суффикс -кин. Суффикс -ин (фонетически перешедший в -кин после заднеязычного «к») указывает на принадлежность: «сын Чернобыла» или «из семьи Чернобыла». В говорах, где «чернобыл» произносили с твёрдым «л», суффикс мог быть -ов (Чернобылов), но форма на -кин закрепилась в тех регионах, где прозвище оканчивалось на мягкий согласный.

Интересная деталь: в отличие от большинства «растительных» фамилий (Берёзкин, Осинин), основа Чернобыл не была распространённым мирским именем. Это однозначно прозвище, а не крестильное имя. Поэтому география фамилии узкая: она встречается преимущественно в южнорусских и украинских областях, где полынь растёт особенно буйно, а слово «чернобыл» — часть живого диалекта. В центральных и северных губерниях эту траву чаще называли полынью, поэтому и фамилия там почти не фиксируется.

С точки зрения сословной истории, Чернобыкины — скорее всего, крестьянский или однодвореческий род. Фамилия не «служилая» (без суффиксов -ский/-цкий) и не «духовная» (без семинарской латыни). Она возникла в среде, где прозвища давали по бытовым приметам, а не по чину или должности. Первые письменные упоминания, скорее всего, относятся к переписным книгам XVII—XVIII веков южных уездов России, но конкретные даты и имена требуют архивного поиска — в открытых источниках Чернобыкины не относятся к числу широко известных исторических деятелей.