Фамилия Гребелкин образована от прозвища или нецерковного имени Гребелка. В русской ономастике суффикс -ин указывает на принадлежность: Гребелкин — это «сын Гребелки» или «человек из семьи Гребелки». Основа здесь — слово «гребло» или «гребелка», которое в разных говорах означало разные вещи.

Самое прямое значение — орудие труда. Гребелкой называли большую деревянную гребёнку для расчёсывания льна или конопли, а также лопату-гребок для сгребания зерна, муки или углей. В таком случае прозвище Гребелка мог получить мастер, делавший эти гребни, или работник, который постоянно с ними возился — чесальщик льна, мельник, пекарь. Фамилия попадает в один ряд с Гребенкиным, Гребенщиковым, Гребельниковым, но отличается редким суффиксом -к- между корнем и фамильным окончанием.

Есть и вторая, более бытовая версия. В южных и западных русских говорах «гребелка» — это не только инструмент, но и прозвище для суетливого, беспокойного человека, который «гребёт» всё подряд, загребает себе или постоянно что-то перекладывает. Такое прозвище могло закрепиться за человеком с характером: хлопотливым, жадноватым или, наоборот, слишком деятельным.

Географически фамилия тяготеет к центральным и северным областям России, где было развито льноводство и ручное ткачество. Встречается она нечасто — это скорее локальная, «гнездовая» фамилия, распространённая в одном-двух уездах, а не по всей стране. В документах XVIII–XIX веков Гребелкины фиксировались в основном среди крестьян и мещан, и сословного разброса у неё нет: это не дворянская и не купеческая фамилия, а простая, ремесленная или прозвищная.

Таким образом, самый вероятный исходный смысл фамилии — «потомок того, кто работал с гребнем для льна» или «потомок человека по прозвищу Гребелка». Спор между ремеслом и характером решается в пользу первого: подобные прозвища по орудиям труда давались чаще, чем по чертам поведения, и оставляли более устойчивый след в фамилиях.