Фамилия Гребенкина — классический пример того, как русская фамилия «законсервировала» прозвище или мирское имя предка. В её основе лежит слово «гребёнка» (в старом написании — «гребенка»). Вопреки интуиции, это не обязательно орудие для причёсывания: гребёнками в старину называли десятки вещей. В ремесле — железный болтик с нарезкой для упора при строгании или снаряд для нарезки винтов. В рыболовстве — род зубчатой остроги, которой били семгу. В пчеловодстве — приспособление для укрепления улья. У виноделов — гроздь винограда. А в крестьянском хозяйстве — деревянный снаряд для расчёсывания льна и пеньки.

Ономастикон академика Степана Веселовского фиксирует два пласта бытования этого имени. Во-первых, это нецерковное имя Гребень или Гребенка: он упоминает Наума Гребня (1485 год, Новгород) и Савина Гребня (1564 год). Во-вторых, это уже ранние фамилии на -ин: Гриша Гребенкин (крестьянин, 1627 год, Белёв). Примечательно, что в XV–XVI веках прозвище Гребенка носили не только простые люди, но и знатные: в 1477 году в источниках указан князь Василий Васильевич Шуйский с прозвищем Гребенка.

Словообразовательная модель проста: суффикс -ин указывает на принадлежность. Фамилия Гребенкина буквально означает «жена или дочь Гребенки», но в качестве родового имени закрепилась за всей семьёй. Есть и параллельная форма с ё — Гребёнкина, но она менее распространена в письменных источниках XVII века. Таким образом, предок носителя этой фамилии мог быть либо человеком с мирским именем Гребенка, либо мастером, делавшим гребни, либо представителем одной из перечисленных профессий, где использовался этот инструмент.