Фамилия Гребенев (и её вариант Гребенёв) происходит от прозвища Гребень. В старину этим словом называли не только привычную расчёску для волос, но и десятки других вещей: зубчатую острогу для ловли рыбы (особенно сёмги), деревянный снаряд для расчёсывания льна и пеньки, железный болтик с нарезкой для упора в столярном деле, деталь плуга и даже приспособление для нарезки винтов. Поэтому предок Гребеневых мог быть кем угодно — чесальщиком льна, рыбаком, земледельцем, пчеловодом, виноделом, цирюльником или же мастером, делавшим те самые гребни.

Слово «гребень» многозначно, и это даёт сразу несколько версий происхождения прозвища. Самая прямая: человека прозвали Гребнем за профессию — он точил или продавал гребни. Вторая, бытовая: так могли назвать щеголя, который тщательно следил за причёской и внешним видом. Третья, региональная: в диалектах «гребень» означал «вершина горы» или «гребень крыши» — прозвище мог получить человек, живший на возвышенности или на самом верху дома.

В «Ономастиконе» Степана Веселовского зафиксированы ранние носители этого прозвища: Гриша Гребенкин (крестьянин, 1627 год), Наум Гребень (крестьянин, 1485 год, Новгород) и Савин Гребень (крестьянин, 1564 год). Эти записи показывают, что прозвище бытовало уже в XV–XVI веках, причём в разных землях — от Новгорода до центральных уездов.

Сама фамилия образована по стандартной русской модели: к основе «Гребен-» добавили суффикс принадлежности «-ев». Форма «Гребенёв» с буквой «ё» — это орфографическая особенность: ударение в фамилии падает на последний слог, что на письме до реформы орфографии не всегда отражали. Оба написания (Гребенев и Гребенёв) относятся к одной фамилии, и различие между ними — вопрос времени записи в документах, а не разного происхождения.

Точное место возникновения фамилии назвать сложно: процесс шёл постепенно, и одна и та же фамилия могла независимо появиться в разных губерниях. Но по косвенным данным — распространённости прозвища среди крестьян и ремесленников — Гребеневы чаще всего встречались в северных и центральных областях России, где были развиты льноводство и плотницкое дело.