Фамилия Недбайлова образована от прозвища Недбайло, которое восходит к украинскому прилагательному «недбалий» — небрежный, невнимательный, неряшливый. Так на Украине называли человека, который безразлично относился к работе, спустя рукава выполнял свои обязанности. Прозвище могло закрепиться за неаккуратным мастеровым, ленивым подмастерьем или просто рассеянным хозяином, у которого «все валилось из рук».

Слово «недбалий» родственно глаголу «дбати» — заботиться, радеть, стараться. Приставка «не-» давала противоположное значение: тот, кто не радеет, не печется о деле. В польском языке есть схожее «dbać» (заботиться), и это указывает на западнославянские корни слова, которое прочно укоренилось именно в украинских говорах.

Сама фамилия Недбайлова — женская форма, мужская будет Недбайлов. Она построена по стандартной восточнославянской модели: к основе прозвища добавили суффикс -ов-, который указывал на принадлежность: «сын Недбайла» или «из рода Недбайлов». Формант -л- в основе (Недбай-л-о) типичен для украинских прозвищ, обозначающих деятеля: Мовчало, Ходило, Гуляйло. Эта модель придавала прозвищу оттенок насмешливой характеристики, нередко с иронией.

Встречается и вариант написания Недбайлова с ударением на втором слоге, хотя в разговорной речи чаще звучит ударный третий. Фамилия распространена преимущественно в южнорусских регионах и на востоке Украины, куда в XVIII–XIX веках активно переселялись носители украинских говоров. В документах XIX века такие фамилии фиксировались у мещан и однодворцев, то есть у людей недворянского происхождения, что соответствует «простонародному» характеру самого прозвища.

Стоит отметить, что прозвище Недбайло не обязательно несло осуждение. В крестьянской среде им могли в шутку наградить человека, который больше любил разговоры, чем работу, или того, кто был известен своей рассеянностью в быту, но при этом мог быть толковым в другом деле. Со временем ироничный оттенок стерся, и фамилия стала просто родовым именем, которое теперь носят потомки того самого «нерадивого» предка, чья небрежность оказалась увековечена в семейной истории.