Фамилия Кобалкина образована от прозвища или имени Кобалка. В основе лежит корень «кобал-», который в русских говорах имеет несколько значений. Чаще всего «кобалка» — это небольшая колотушка, деревянный молоток, которым пользовались сапожники, бондари или плотники. Человек, носивший такое прозвище, мог быть ремесленником, работающим с деревом, или обладать крепким, «ударным» характером.

Модель образования типична для русских фамилий: к основе Кобалк- добавляется суффикс -ин, указывающий на принадлежность. Кобалкина буквально означает «жена или дочь Кобалки». В русской ономастике фамилии на -ин чаще всего возникали от слов, оканчивающихся на -а или -я. Поскольку прозвище Кобалка — женского грамматического рода, фамилия сохранила эту форму и для мужского варианта (Кобалкин). Это нередкий случай: фамилии вроде Зимин, Гришин или Кожин построены по тому же принципу, но исходное слово там не обязательно женского рода.

Существует и другая, менее вероятная версия. В некоторых регионах «кобалкой» называли неуклюжего, неловкого человека. Если прозвище дали по этому признаку, то фамилия могла закрепиться за человеком с медлительной или неуклюжей походкой. Однако связь с ремесленным инструментом кажется более надёжной: прозвища по профессии встречаются в русских фамилиях гораздо чаще, чем по внешним недостаткам.

Фамилия редкая. Встречается в центральных и южных областях России, а также на Украине. В дореволюционных источниках Кобалкины фиксируются среди крестьян и мещан, что типично для фамилий, образованных от прозвищ по роду занятий. Дворянских родов с такой фамилией не известно. В словаре Б. Унбегауна «Русские фамилии» однокоренные варианты (Кобалёв, Кобалин) не упоминаются, что подтверждает локальный и редкий характер фамилии.