Фамилия Неулыбин образована от прозвища Неулыба. Так в русских говорах называли человека угрюмого, молчаливого, редко улыбающегося. Слово «неулыба» фиксируется в словарях народных говоров, и фамилия эта — из тех, что прямо описывают характер предка, без иносказаний. Основа — глагол «улыбаться» с отрицательной приставкой не-; суффикс -ин — типичный для русских фамилий, указывающий на принадлежность: «чей?» — Неулыбин, то есть сын или потомок Неулыбы.

Фамилия редкая. Встречается в основном в Поволжье и на Урале, что характерно для прозвищных фамилий, не попавших в дворянские родословные книги. Скорее всего, предок Неулыбиных — крестьянин или посадский человек, получивший прозвище за неулыбчивый нрав. В среде, где ценилась общительность, такой человек выделялся.

Интересно, что параллельно существует фамилия Неулыбов — с суффиксом -ов, который также возможен от прозвища на -а. Но Неулыбин — форма более архаичная, идущая от древнерусской модели «прозвище + -ин». Она не даёт сословных указаний: так могли называть и крепостного, и свободного крестьянина.

В ономастике фамилию Неулыбин иногда путают с Неулыбкиным — более поздним вариантом, от уменьшительной формы «Неулыбка». Но корень один и тот же: отрицание улыбки как черты характера. Никаких легенд о происхождении от географических названий или профессий у этой фамилии нет — всё прозрачно лежит на поверхности.