Фамилия Гнилорыба — редкий случай, когда прозвище не смягчили суффиксом, а закрепили почти в исходном виде. Это типичная «говорящая» фамилия, которая образовалась от прозвища напрямую, без патронимических суффиксов -ов и -ин. В русской ономастике такие фамилии называют «прозвищными» или «неоформленными»: человека дразнили Гнилорыба, и в документах записали так же, без переделки в Гнилорыбова или Гнилорыбина.

Прозвище составное: «гнилой» (испорченный, негодный) и «рыба». Скорее всего, его дали не торговцу рыбой, а человеку с неприятным запахом, неряшливому или болезненному. В говорах «гнилой» могло означать не только «протухший», но и «слабый», «хилый», «сырой» (о человеке). Вторая часть — «рыба» — могла усиливать пренебрежение: в крестьянской среде рыба считалась постной и «бедной» едой, а гнилая рыба — символом полной никчёмности.

Встречается фамилия в основном на юге России и на Украине, где составные прозвища были особенно живучи. В реестре казацких прозвищ XVII–XVIII веков попадаются похожие конструкции: Гнилоквас, Гнилоквачка, Гнилозуб — все они фиксировали какую-то внешнюю или бытовую черту. Гнилорыба стоит в этом ряду, но с более резкой, почти уличной окраской.

Ударение, судя по аналогичным фамилиям (Гнилозуб, Гнилоквас), падает на последний слог: Гнилоры́ба. В современных документах встречаются варианты Гнилорыбов — результат позднейшей русификации, когда переписчики «подгоняли» нестандартную фамилию под привычную модель на -ов.

Склоняется фамилия как обычное существительное женского рода: Гнилорыбе, Гнилорыбу. В быту носители нередко меняют её на более благозвучные варианты, но в архивных записях XIX века форма без суффикса устойчиво держится в Курской и Харьковской губерниях.