Фамилия Неболюбов — один из тех редких случаев, когда в основе лежит не имя, не профессия и не место, а целая фраза-прозвище, переосмысленная как имя собственное. Она образована от устойчивого выражения «не болю б» — то есть «не болел бы», «не страдал бы». В древнерусском языке глагол «болети» означал «болеть», «испытывать боль», а частица «б» усиливала сослагательность: пожелание, чтобы человек был здоров. Такое прозвище могли дать ребёнку в крестьянской семье как оберег — считалось, что имя-пожелание защитит от хвори и смерти. Фамилии с отрицательной частицей «не» и глаголом в повелительном или сослагательном наклонении — Несмеянов, Неупокоев, Нежданов — типичны для русской ономастики, и Неболюбов стоит в этом же ряду.

Суффикс -ов указывает на типичную патронимическую модель: первоначально это было отчество «чей сын?» — сын Неболюба. То есть сначала появилось личное прозвище Неболюб (сокращение от «не болю б»), а потом от него образовали фамилию по отцу. Важно не путать с фамилией Нелюбов — та происходит от имени Нелюб (нелюбимый, нежеланный ребёнок), а здесь корень совсем другой: не «любовь», а «боль» и «болеть». Спор о том, не могла ли фамилия возникнуть от «не любить», легко разрешается: в древнерусском языке форма «не болю» не имела отношения к любви, а глагол «любити» давал бы иной звуковой ряд — Нелюбов, Нелюбимов.

Географически фамилия встречается редко, преимущественно в центральных и северных областях России, где были сильны традиции охранительных имён. В документах XVII–XVIII веков, например, в переписных книгах Вологодского и Костромского уездов, встречаются крестьяне с прозвищем Неболюб, что подтверждает народный, нецерковный характер происхождения. Сословно — почти исключительно крестьянская среда: дворянских родов с такой фамилией не зафиксировано.

Сегодня носители фамилии Неболюбов — это в основном потомки тех самых крестьян, чьи предки верили в силу имени-оберега. Фамилия не получила широкого распространения, не стала «звёздной», но сохранила редкую словообразовательную конструкцию, которая сразу выдаёт её смысл: пожелание здоровья, зашитое в фамилию.