Фамилия Кобытяева образована от прозвища Кобытяй. Основа здесь — «кобыт-», что в русских говорах означало «копыто» или имело отношение к лошадиной кобыле. Прозвище Кобытяй могли дать человеку с крупными, грубоватыми ступнями, похожими на копыта, или же тому, кто много работал с лошадьми — конюху, извозчику. Суффикс -яй в прозвищах был характерен для северных и центральных регионов России, он придавал слову оттенок просторечия и даже некоторой насмешливости, как у прозвищ Гуляй, Лентяй.

Фамилия стоит в женском роде, но её мужская версия — Кобытяев. Она относится к типичным русским фамилиям на -ев, которые образованы от прозвищ или имён, оканчивавшихся на мягкий согласный или -й. Если бы основа звучала как «Кобыт», фамилия была бы Кобытов, но здесь именно прозвищная форма с суффиксом.

Встречается фамилия в основном в центральной России и Поволжье. В дореволюционных переписях Кобытяевы фиксировались среди крестьян и мещан, реже — среди однодворцев. Прозвище Кобытяй не стоит путать с фамилией Кобылин, которая восходит к боярскому роду Кобылиных, — здесь корень более бытовой и простонародный.

Учитывая редкость фамилии, её носители, скорее всего, происходят из одного или нескольких близких родов, а не из разрозненных линий. Географически фамилия может быть привязана к конкретному селу или уезду, где прозвище закрепилось за целой семьёй.