Фамилия Чернобылкина — наглядный пример того, как прозвище, данное по внешности, закрепилось в документах и превратилось в родовое имя. Её основа — прилагательное «чернобылый», то есть «чернобровый, чернолицый, смуглый». В русских говорах слово «чернобыл» (или «чернобыль») означало не только растение, но и человека с очень тёмными волосами и кожей. От этого корня с помощью уменьшительно-пренебрежительного суффикса -к- образовалось прозвище Чернобылка — «чернявый, темнокожий». А фамилия Чернобылкин — это уже «сын Чернобылки» или «из рода Чернобылки».

Суффикс -ин в финале типичен для русских фамилий, образованных от основ на -а/-я. Такая модель широко распространена в центральных и северных губерниях России. Если бы фамилия происходила от названия растения чернобыльник (полынь обыкновенная), она скорее выглядела бы как Чернобыльников или Чернобыльский. Но форма Чернобылкин прямо указывает на личное прозвище, а не на топоним или растительный мир.

В ономастике существует и спорная версия: связь с названием города Чернобыль. Однако для фамилий на -ин это нетипично: от географических названий обычно образуют фамилии на -ский (Чернобыльский) или -ец (Чернобылец). Поэтому версия с прозвищем по внешности выглядит гораздо убедительнее, тем более что в документах XVII–XVIII веков встречаются крестьяне и посадские люди с прозвищем Чернобылка — без всякой связи с Припятью.

Носительница фамилии Чернобылкина может предполагать, что её предок был либо заметно смуглым, либо черноволосым человеком на фоне светловолосого большинства. Никакого отношения к радиации или полыни фамилия не имеет — это чисто антропонимическая история, уходящая корнями в бытовую наблюдательность русских крестьян.