Фамилия Хренагубкин — редкий случай, когда прозвище, лёгшее в основу, почти полностью сохранило свою первоначальную экспрессивную форму. В отличие от большинства фамилий, где исходное слово со временем обкатывается, теряя резкость, здесь мы видим почти дословную запись разговорного, грубоватого прозвища. Основа — «хрен» и «губка». В русских говорах «губка» (или «губа») могла означать не только часть лица, но и «рот», «уста» в пренебрежительном смысле. Соединение этих корней даёт прозвище «Хренагубка» — человека с большими или постоянно выпяченными губами, либо того, кто говорил грубо, резко, «с хреном» (то есть с крепким словцом). Суффикс -ин указывает на принадлежность: «чей?» — сын Хренагубки.

Вряд ли здесь стоит искать связь с растением хреном в огородном смысле. Скорее, это народная характеристика внешности или манеры поведения. Фамилия образована по типу «Губанов» или «Губин», но с добавлением усилительной, почти бранной приставки «хрен-». Такие двусоставные прозвища (типа Шаропёров, Убейкобыла) были характерны для крестьянской среды XVI–XVII веков, особенно в северных и центральных областях России, где сохранялась традиция «уличных» фамилий, не попавших в официальные реестры.

Географически фамилия может быть привязана к регионам, где слово «губка» в значении «рот» было особенно употребительно — это Новгородская, Псковская, Тверская губернии. Однако из-за своей вызывающей формы фамилия могла неоднократно меняться при переписях: потомки могли сменить её на более благозвучные Хренов, Губкин или Губанов. Поэтому сегодняшние носители Хренагубкиных — это, скорее всего, потомки тех, кто не стал скрывать или переделывать прозвище предка, сохранив его в первоначальном, колоритном виде. В официальных документах XIX века такая фамилия встречается крайне редко, что подтверждает её «уличное», недворянское происхождение.

Словообразовательная модель проста: прозвище «Хренагубка» + притяжательный суффикс -ин. Ударение, скорее всего, падает на последний слог — Хренагу́бкин, что типично для фамилий с суффиксом -ин, образованных от основ с конечным ударением.