Фамилия Горбылевы (встречается также написание Горбылёвы) образована от личного прозвища Горбыль. Слово «горбыль» в русском языке многозначно, поэтому у прозвища могло быть несколько источников.

Самая распространённая версия связывает прозвище с плотницким делом. Горбыль — это крайняя доска, которая остаётся после продольной распиловки бревна: с одной стороны она выпуклая (горбатая), с другой — плоская. Прозвище Горбыль могли дать плотнику или работнику лесопильни. Другое значение слова «горбыль» — название рыбы из семейства горбылёвых (отряд окунеобразных). В этом случае прозвище мог получить заядлый рыболов. Менее вероятна, но тоже возможна связь с нарицательным «горб»: так могли прозвать сутулого человека.

Фамилия построена по стандартной русской модели: к основе прозвища Горбыль добавился патронимический суффикс -ев (вариант -ов после мягкого согласного). Таким образом, Горбылев — это буквально «сын Горбыля». Процесс закрепления фамилий занял несколько столетий, поэтому назвать точное место и время появления фамилии Горбылевы сейчас сложно. Однако ясно, что её носители происходят из среды мастеровых людей — плотников или лесорубов, либо из промысловой среды рыбаков.