Фамилия Горобчанова — женская форма, а её исходный мужской вариант — Горобчанов. Эта фамилия по своей модели образования типична для восточнославянского ареала, но при этом встречается редко, что сразу указывает на её нестандартную основу. Если большинство фамилий на -ов образовано от прозвищ или имён, оканчивающихся на согласный (Пётр — Петров), то здесь мы видим суффикс -чан-, который вносит дополнительный оттенок принадлежности или происхождения.

Основа фамилии — «Горобч-». Она восходит к украинскому или южнорусскому слову «горобець» (воробей). В диалектах и в украинском языке «горобець» — это воробей, а «горобчик» — его уменьшительно-ласкательная форма. Соответственно, прозвище Горобец или Горобчик давали человеку маленького роста, юркому, подвижному либо просто обладателю характерной внешности, напоминающей эту птицу. Фамилия Горобчанов, таким образом, означает «сын (или потомок) Горобчика».

Уникальность фамилии в том, что она прошла дополнительную ступень суффиксации. От прозвища Горобец или Горобко сначала образовалась фамилия Горобков или Горобецкий, но здесь мы видим «Горобч-ан-ов». Суффикс -ан- (в форме -чан-) мог указывать на принадлежность к определённой местности или группе людей, но в данном контексте он, скорее всего, просто усложнил основу, чтобы избежать совпадения с более частыми фамилиями. Встречаются и параллельные формы: Горобченко (типично украинская) и Горобчанинов (с ещё одним суффиксом), что закрепляет версию о происхождении от прозвища, а не от географического названия.

Сословно носители фамилии, вероятно, происходили из крестьянской или казачьей среды — именно там были распространены «птичьи» прозвища. Географически фамилия тяготеет к югу России и востоку Украины: её можно встретить в Воронежской, Ростовской областях и в бывших слобожанских землях. Написание с буквой «о» в первом слоге (Горобчанов) — это фонетический след аканья или украинского произношения, где «о» в безударной позиции не переходит в «а», а сохраняется.