Фамилия Горбылева (и её вариант Горбылёва) — это типичная русская фамилия, образованная от прозвища Горбыль. В основе лежит нарицательное слово «горбыль», и здесь есть как минимум два разных, но одинаково возможных значения. Первое и самое распространённое — «крайняя доска при продольной распилке бревна, с одной стороны выпуклая». В этом случае прозвище Горбыль получал человек, связанный с обработкой дерева: плотник или работник лесопильни. Слово профессиональное, из речи мастеровых, и именно эта версия выглядит наиболее правдоподобной, если судить по частотности таких прозвищ в русской ономастике.

Вторая версия ведёт к ихтиологии: горбыль — это название рыбы из одноимённого семейства отряда окунеобразных. Тогда прозвище могло закрепиться за рыболовом или торговцем рыбой. Менее вероятна связь с прямым значением слова «горб» — в этом случае прозвище дали бы сутулому человеку, но обычно для таких случаев в русском языке использовали более прямые формы вроде Горбатый или Горбун. Поскольку слово «горбыль» в значении «горб» встречается реже и звучит как вторичное, эта версия уступает двум первым по убедительности.

Фамилия образована по стандартной модели: к основе прозвища Горбыль добавили суффикс -ев (фонетический вариант -ов после мягкого согласного). Окончание -а указывает на женскую форму фамилии, то есть Горбылева — это «дочь» или «жена» Горбыля. В мужском варианте фамилия звучит как Горбылев или Горбылёв. Суффикс -ев в этой фамилии — один из самых распространённых в русских фамилиях, он указывает на принадлежность: «чей?» — Горбылев, то есть из рода Горбыля.

С точки зрения географии бытования, фамилия Горбылева встречается в разных регионах России, но особенно часто — в областях с развитым лесным промыслом и плотницким ремеслом (Вологодская, Архангельская, Кировская области). Это косвенно подтверждает версию о происхождении от плотника или лесоруба. В целом фамилия не относится к числу очень редких, но и не входит в сотни самых распространённых, что характерно для фамилий, образованных от конкретного ремесленного термина, а не от крестильного имени или названия животного.