Фамилия Собьянина — женская форма от Собьянин, и её разбор стоит начать не с корня, а с суффикса. Формант -ин указывает на принадлежность: Собьянин — это «чей?» — сын или потомок человека по прозвищу или имени Собьяна. В русской ономастике фамилии на -ин чаще всего образовывались от основ, оканчивающихся на -а или -я, что и произошло в данном случае. Мужская форма Собьянин встречается редко, а женская Собьянина — ещё реже, что делает фамилию нечастотной и локально привязанной.

Корень фамилии — «собьян» или «собьяна». Самая вероятная версия возводит его к диалектному слову «собь» — имущество, пожитки, личное добро. В северных и сибирских говорах «собьянить» означало копить, собирать, хозяйствовать. Тогда Собьяна — прозвище запасливого, рачительного хозяина, того, кто «собьянит» добро. Менее убедительна связь с тюркским «собан» (пахарь) — в русских фамилиях такие заимствования редки и обычно имеют другую огласовку. Также не стоит путать с фамилией Собянин: хотя корни похожи, Собянин чаще связывают с именем Собя (уменьшительное от Соболь или от канонического Савватий), тогда как Собьянин — более прозрачная отсылка к «соби» и хозяйственному прозвищу.

Географически фамилия Собьянина тяготеет к северным регионам России — Архангельской, Вологодской областям, а также к Уралу и Зауралью, где диалектное слово «собь» было в ходу. В переписных книгах XVII–XVIII веков встречаются крестьяне и посадские люди с прозвищем Собьяна, но в фамилию оно оформилось позже, уже в XIX веке, когда крестьянские фамилии стали фиксироваться в метриках. Сословно носители фамилии — почти исключительно крестьяне, реже мещане: дворянских родов с такой фамилией не зафиксировано.

В написании фамилии возможна вариативность: в старых документах встречается Собьянина с одним «н» (Собянина), но двойное «нн» — результат поздней орфографической унификации, когда суффикс -ин стали писать с двумя «н» в женской форме. В современном русском языке нормативным считается Собьянина, хотя в быту путаница с Собяниной неизбежна из-за известной фамилии мэра Москвы. Отличить их можно по корню: у Собьяниной корень «собь-» (имущество), у Собянина — «соб-» (от имени Собя).