Фамилия Кобыльниковы (в мужском роде — Кобыльников) образована от прозвища Кобыльник. Основа здесь — слово «кобыла». Прозвище Кобыльник могло закрепиться за человеком по разным причинам. Самые вероятные версии: либо за необычайную работоспособность и выносливость (сравнение с лошадью, работающей без отдыха), либо, наоборот, за леность и пассивность (в народной речи «кобыла» могла означать и неуклюжую, медлительную женщину, что переносили и на мужчину).

Словообразовательная модель проста и прозрачна: к основе «кобыл-» добавили суффикс «-ник» (указывающий на лицо по характерному признаку или занятию), а затем фамильный суффикс «-ов». Так из прозвища Кобыльник родилась фамилия Кобыльников. По сути, это ответ на вопрос «чей сын?» — сын Кобыльника.

В историческом контексте фамилия связана с целым гнездом однокоренных родовых имен. Исследователь С. Б. Веселовский в своих трудах по ономастике упоминает древнее прозвище Кобыла. Самый известный носитель — Андрей Иванович Кобыла, боярин московских князей середины XIV века, от которого, по преданиям, ведет свой род дом Романовых. Также известны фамилии Сухово-Кобылины (помещики конца XV века из Новгорода), Кобылкины (новгородские бояре, переселенные в конце XV века) и прозвище Василия Федоровича Кобылки Ржевского (первая половина XV века). Фамилия Кобыльников стоит в этом же ряду, но образована не напрямую от «кобылы», а от производной формы «кобыльник».

Точное место и время возникновения фамилии Кобыльниковы установить сложно. Процесс закрепления фамилий на Руси занял несколько столетий, и такие «прозвищные» фамилии могли появиться как в XV–XVI веках, так и позже, в среде крестьян и посадских людей. В отличие от боярских родов (Кобылины, Кобылкины), носители фамилии Кобыльниковы, скорее всего, происходили из более простых сословий, где прозвища были особенно живучи.