Фамилия Горобунов — один из тех редких случаев, когда написание напрямую указывает на диалектное произношение. В основе лежит слово «горобун», то есть горбун. В южнорусских и украинских говорах было распространено «аканье» на письме, когда безударное «о» заменяли на «а»: вместо «горбун» писали «горобун». Фамилия закрепилась именно в этом, «акающем» варианте. Встречаются и параллельные формы — Горбунов (стандартная литературная) и, реже, Гарбунов, но Горобунов — самая характерная для регионов, где говорили «гарабу́н» или «горобу́н».

Модель образования типична для русских фамилий: основа «Горобун» + патронимический суффикс -ов. Фамилия означает «сын Горобуна», то есть потомок человека, которого прозвали Горбуном. Прозвище могли дать по физической особенности — сутулости или горбу, но в крестьянской среде оно часто носило не обидный, а скорее бытовой, описательный характер. Иногда так называли человека, который постоянно горбился за работой, например, за ткацким станком или в кузнице.

По данным переписей XIX века, фамилия Горобунов встречалась преимущественно в южных губерниях Российской империи — Курской, Воронежской, Тамбовской, а также среди казачества на Дону. Это указывает на то, что предки носителей фамилии были государственными крестьянами или однодворцами (потомками служилых людей, охранявших южные границы). В отличие от Горбуновых, которые расселились по всей России, Горобуновы сохранили более узкую региональную привязку.

С точки зрения словообразования, фамилия интересна тем, что суффикс -ун в основе «горбун» указывает на деятеля или носителя признака (ср.: бегун, говорун, толстун). То есть прозвище Горобун — это не просто «горбатый», а «тот, кто имеет горб». В ономастических словарях (например, в работах Б. Унбегауна) такая модель описывается как типичная для прозвищ по внешним приметам, которые затем становились фамилиями.

Встречается редкий вариант написания с двумя «о» — Горобоунов, но это уже искажение, возникшее при записи фамилии в метрических книгах малограмотными писарями. Основная, исторически верная форма — именно Горобунов, и она сохраняет в себе живую народную речь тех мест, где «горб» произносили как «гороб».