Фамилия Чернобылец — редкий случай, когда географическая основа настолько очевидна, что скрывает за собой целый пласт истории. Прозвище или фамилию «Чернобылец» давали человеку, который был родом из города Чернобыль (ныне — зона отчуждения в Украине). Такая модель образования — по названию места жительства с суффиксом -ец — типична для выходцев из городов и сел: киевец, полтавец, житомирец. В данном случае суффикс указывает на «человека из», а не на принадлежность к роду или профессию.

Само название города Чернобыль имеет прозрачную этимологию: от растения «чернобыль» (полынь обыкновенная). В народной ботанике это слово было собирательным для полыни с темными стеблями. То есть Чернобылец — это не «черный» и не «быль» в прямом смысле, а человек, чья малая родина ассоциировалась с зарослями полыни. Однако в русской ономастике есть и иная, менее вероятная версия: прозвище Чернобылец могли дать человеку с темными, черными волосами или смуглой кожей, по аналогии с цветом растения. Но эта гипотеза слабая: если бы основа была описательной, фамилия скорее имела бы суффикс -ов (Чернобылов) или -ин (Чернобылин). Суффикс -ец однозначно указывает на топонимическое происхождение.

Фамилия зафиксирована в основном в западных регионах России и в Беларуси. Выходцы из Чернобыля расселялись по соседним губерниям еще в XVII–XVIII веках, когда город был рядовым местечком Киевского воеводства, а затем — в составе Российской империи. В метрических книгах XIX века Чернобыльцы встречаются среди мещан и крестьян — это были люди, переселившиеся в другие города или села, но сохранившие в фамилии память о родном месте.

Сравнение с однокоренными фамилиями — Чернобыльский, Чернобыльцев — показывает, что Чернобылец стоит особняком. Суффикс -ский чаще давали дворянам или духовенству, а -цев — людям, чья фамилия образована от прозвища отца (Чернобыльцев — «сын Чернобыльца»). А вот форма без дополнительных суффиксов, с чистым -ец, говорит о том, что фамилия закрепилась в народной среде, возможно, как прозвище, которое потом стало наследственным. После аварии на Чернобыльской АЭС в 1986 году фамилия приобрела трагический оттенок, хотя к самой катастрофе она не имеет никакого отношения — это просто топонимический след, уходящий корнями в эпоху, когда чернобыль означал лишь полынь на берегах Припяти.