Фамилия Чернобыкина встречается нечасто, и её разговорная, «некнижная» природа сразу бросается в глаза. В основе лежит прозвище, а не церковное имя, что указывает на происхождение из крестьянской или ремесленной среды, где человека могли назвать по внешности, повадке или роду занятий.

Словообразовательный разбор прост: фамилия образована от прозвища Чернобыка с помощью типичного русского суффикса притяжательности -ин, указывающего на принадлежность («чей?» — Чернобыкин). Женская форма Чернобыкина — это либо жена, либо дочь Чернобыкина.

Корень «черн-» (от «чёрный») в русских прозвищах многозначен. Он мог указывать на цвет волос (черноволосый, чернобровый человек), на тёмную кожу, на мрачный или суровый нрав, а также на социальный статус (чёрный люд, то есть податное, неслужилое население). Вторая часть — «-быка» — может быть диалектным вариантом слова «бык» или же искажённой формой от «бука» (в значении «угрюмый, нелюдимый человек»). Таким образом, прозвище Чернобыка могло означать «чёрный, как бык» (по цвету или силе) либо «чёрный бука» — мрачный, нелюдимый человек.

Существует и менее очевидная, но правдоподобная версия, связанная с географией. В некоторых говорах «бык» — это скалистый утёс, мыс или обрыв. Тогда Чернобыка — человек, живший у чёрной скалы или на тёмном обрыве. Такое прозвище легко могло закрепиться за жителем определённой местности, например, в районах с выходами тёмных пород или вблизи речных круч.

Фамилия Чернобыкин (и её женская форма) — типичный пример «семейного» прозвания, которое не попало в число дворянских или купеческих родов, а осталось в крестьянской среде. В дореволюционных метрических книгах и ревизских сказках её можно найти преимущественно в центральных и южных губерниях России, где диалектные слова «бык» и «бука» были в ходу. Искать корни стоит в Воронежской, Тамбовской, Рязанской или Курской областях.