Фамилия Кобилова — женская форма, образованная от мужской Кобилов. Основа фамилии — прозвище или нецерковное имя Кобила. В древнерусском языке «кобыла» означало не только самку лошади, но и переносно — рослого, сильного человека, а также плотницкое приспособление (козлы). Скорее всего, прозвище Кобыла дали либо человеку с крепким телосложением, либо тому, кто работал с лошадьми или плотничал. В русских говорах слово имело и другие значения: в некоторых регионах «кобылой» называли упрямую женщину, но для мужского прозвища это маловероятно.

Суффикс -ов- — один из самых распространённых в русских фамилиях, он указывает на принадлежность: Кобилов — сын Кобилы. Встречаются варианты написания через «ы» (Кобылов), но фамилия Кобилова фиксирует именно форму с «и», что может отражать акающее произношение (в говорах «кобыла» звучала как «кабыла», а на письме закрепилось через «и»). Такая орфография встречается в южнорусских и украинских регионах, где аканье было сильнее.

Фамилия не относится к дворянским или книжным — её носителями были крестьяне, ремесленники, посадские люди. В исторических документах фамилия Кобылов (и её варианты) встречается с XV века: например, в новгородских писцовых книгах упоминаются крестьяне с таким прозвищем. Позднее, в XIX веке, фамилия могла появиться у бывших крепостных, когда им давали фамилии по прозвищам или по имени отца.

Редкий случай: в тюркских языках есть имя Кобил (от арабского «кабиль» — принимающий, согласный), и фамилия Кобилов могла возникнуть и в среде народов Кавказа или Средней Азии. Однако для русской фамилии Кобилова тюркская версия вторична — в русском контексте корень однозначно связан со словом «кобыла». Спорных версий здесь нет: лингвисты сходятся на славянской основе.

Однокоренные фамилии — Кобылин, Кобылкин, Кобыляков — все восходят к тому же прозвищу. Кобилова выделяется только безударным «и» в первом слоге, что и делает её написание менее очевидным, чем у более частотного варианта Кобылова.