Фамилия Кобеленков образована от прозвища или ремесленного названия Кобеленок. В её основе лежит слово «кобел» или «кобель» — в русских говорах так называли не только самца собаки, но и, в переносном смысле, бойкого, драчливого или задиристого человека. Однако есть и другая, более прозаичная версия: в некоторых диалектах «кобел» означало деревянную колотушку, молоток или даже часть ткацкого станка. Тогда прозвище Кобеленок мог получить мастер, делавший такие орудия, или человек, работавший с ними — например, плотник, бондарь или ткач.

Суффикс -енк- в основе указывает на уменьшительную форму: Кобеленок — это «маленький Кобел» или «сын Кобела». Такая модель характерна для украинской и южнорусской ономастики, где фамилии на -енко, -енок широко распространены. В данном случае к ней добавился русский патронимический суффикс -ов, что дало форму Кобеленков — буквально «сын Кобеленка» или «потомок того, кого звали Кобеленок». Это типичный пример гибридного образования, когда украинская по происхождению основа обрастает русским фамильным окончанием.

Фамилия редкая, и её география может быть связана с пограничными регионами, где смешивались русские и украинские говоры — например, Курская, Воронежская или Ростовская области. В дореволюционных источниках она почти не встречается, что говорит о её позднем закреплении или малой численности рода. Сравните с более частыми однокоренными Кобелевыми: те в основном ведут происхождение от прямого прозвища «кобель» (драчун), тогда как Кобеленковы сохраняют уменьшительный оттенок — возможно, прозвище относилось к младшему члену семьи или подмастерью.

Известных носителей фамилии в истории почти нет, и это не случайно: фамилия осталась в тени массовых Кобелевых. Но именно её редкость делает её ценной для генеалогии — каждый Кобеленков, скорее всего, происходит из одного узкого круга семей, и восстановить родословную здесь проще, чем по распространённой фамилии.