Фамилия Чорнобыль — редкий пример, где за основу взято название растения, а не города, с которым её чаще всего путают. Вопреки распространённому мнению, эта фамилия никак не связана с украинским городом Чернобыль (ныне зона отчуждения). Она образована напрямую от диалектного названия полыни — «чорнобыль» (или «чернобыль»). Полынь горькую, особенно её тёмные, черноватые стебли, в народе называли именно так, отсюда и прозвище.

Словообразовательная модель проста: фамилия Чорнобыль — это чистое прозвище, перешедшее в фамилию без добавления суффиксов. В русской и украинской традиции такой тип (так называемые «фамилии-прозвища») был распространён в среде казачества и крестьянства. Прозвище Чорнобыль могли дать человеку с тёмными, жёсткими волосами или с горьким, неуживчивым характером — по свойствам растения. В отличие от фамилий на -ов/-ев, которые указывают на принадлежность («чей сын?»), эта фамилия просто фиксирует прозвище самого носителя.

Регионально фамилия Чорнобыль чаще всего встречается на территории Украины и в южных областях России, где полынь — обычное растение степей. В ономастическом словаре Б. Унбегауна упоминается, что фамилии от названий растений без суффиксов (типа «Береза», «Калина», «Чорнобыль») характерны для восточнославянской традиции и часто фиксировались в реестрах запорожских казаков. Спорная версия о связи с топонимом «Чернобыль» не выдерживает критики: город получил название от той же полыни, а не наоборот. Так что предки человека с фамилией Чорнобыль — скорее всего, не жители печально известного города, а просто человек, которого за глаза сравнивали с горькой травой.