Фамилия Ознобкин — один из тех случаев, когда прозвище, лёгшее в основу, сохранилось почти без изменений, а суффикс -ин чётко указывает на модель образования: «чей?» — «сын Ознобки». В центре фамилии стоит древнерусское нецерковное имя или прозвище Озноб, Ознобка. В словарях древнерусских личных имён (например, у С. Б. Веселовского) фиксируется имя Озноб, которое давали человеку с намёком на его «зябкость» — либо физическую (мерзлявый, постоянно кутающийся), либо переносную (неприветливый, от которого «мороз по коже»). В народной среде такие «холодовые» прозвища были нередки и не несли оскорбительного оттенка — скорее, служили меткой приметой.

Словообразовательная цепочка проста: от прозвища Ознобка (уменьшительно-ласкательная форма от Озноб) с помощью притяжательного суффикса -ин образовали фамилию Ознобкин. Суффикс -ин типичен для русского Севера и центральных областей, где фамилии на -ин столь же распространены, как на -ов. Если бы прозвище было Озноб, а не Ознобка, фамилия звучала бы как Ознобов — но выбор пал на более «домашний», разговорный вариант.

Редкость фамилии в том, что она сохранила почти буквальное звучание исходного прозвища. В отличие от многих фамилий, где корень со временем искажался (например, Ознобихин или Ознобишин), Ознобкин избежал переосмысления. Встречается она преимущественно в Поволжье и на Урале — регионах, куда в XVII–XVIII веках активно переселялись крестьяне из центральной России. В метрических книгах Казанской и Вятской губерний фамилия попадается с конца XVIII века, и носители её почти поголовно — государственные крестьяне и мещане.

Версия, что фамилия могла произойти от диалектного слова «ознобка» (лихорадка, озноб), маловероятна: такое значение не дало бы устойчивого прозвища для человека. Скорее, исходное имя Ознобка было шутливым или ироничным — так могли назвать ребёнка, родившегося в холодное время года, или взрослого, который постоянно жаловался на холод. Других версий (например, тюркских корней или связи с географическим названием) для этой фамилии ономасты не предлагают — основа прозрачно славянская.