Фамилия Кольбенко образована по распространённой украинской модели от прозвища или имени Кольба. Суффикс -енко указывает на происхождение по отцу («сын Кольбы») и характерен для центральных и восточных областей Украины, а также для южнорусских земель, куда фамилия попала с переселенцами.

Основа Кольба — спорная в этимологии. Наиболее вероятно, что это вариант прозвища Кольба, которое могло относиться к человеку, занимающемуся изготовлением колёс (от слова «коло» — колесо) либо к тому, кто колол дрова или работал на лесозаготовке. В украинских говорах «кольба» также могло означать «колода», «чурбан», что даёт прозвище крепкому, коренастому или медлительному человеку. Менее убедительна версия о связи с немецкой фамилией Kolbe (от Kolben — «пест», «дубина»): при таком заимствовании фамилия скорее получила бы суффикс -ов, а не -енко.

Встречается и написание Кольбенко с мягким знаком, что указывает на украинское произношение (мягкое «л»). В России фамилия редкая, чаще фиксируется в Черниговской, Полтавской и Сумской областях, а также среди потомков украинских казаков на Кубани.

Социальный срез: Кольбенко — фамилия крестьянского и казачьего происхождения. Дворянских родов с такой фамилией в Российской империи не зафиксировано, что подтверждает её народный, ремесленный корень.