Фамилия Колбенов образована по стандартной русской модели: к основе «Колбен» добавили патронимический суффикс -ов, указывающий на принадлежность («чей?» — сын Колбена). Такая модель была основной в XVI–XVII веках для фамилий незнатного происхождения. Сама основа — Колбен — это либо прозвище, либо, что вероятнее, притяжательная форма от имени Колба.

Корень здесь неочевидный и спорный. В русских говорах «колба» — это не только стеклянный сосуд, но и прозвище толстого, неуклюжего человека (от диалектного «колба» — «чурбан, обрубок»). В ономастике известна фамилия Колба, а также её производные — Колбин, Колбасов. Колбенов — более редкий вариант, где суффикс -ен- мог выполнять роль уменьшительности или указывать на происхождение от лица с прозвищем Колбеня (человек, похожий на колбу, или же обладатель круглой, «колбоватой» фигуры). Вторая версия — отчество от неканонического имени Колбен, которое могло быть образовано от «колба» в значении «колода, чурбан» и давалось как охранительное имя, чтобы ребёнок рос крепким, как обрубок.

Географически фамилия тяготеет к северным и центральным регионам России. В переписных книгах XVII века встречаются крестьяне и посадские с основой Колб- в Вологодском и Архангельском уездах, где слово «колба» в значении «чурбан» было в ходу. В отличие от более частых Колбиных, Колбеновы — фамилия локальная и немногочисленная, что говорит о её происхождении из одной конкретной ветви или даже одного села.

Ударение в фамилии — на первый слог: Ко́лбенов. Это тоже маркер северного или сибирского говора, где в фамилиях на -ов часто сохраняется ударение на корне, тогда как в южных вариантах оно смещается на суффикс. Таким образом, Колбенов — это «сын Колбена», а тот, в свою очередь, получил прозвище по внешности или характеру, от слова «колба» — обрубок, крепыш.