Фамилия Гарелина — один из тех случаев, когда прозвище, данное человеку по несчастью, стало родовым именем. В основе лежит слово «горелый» (или «гореля»), то есть погорелец — человек, потерявший дом и имущество при пожаре. Глагол «гореть» здесь прямой, без переносных смыслов: так могли назвать того, кто пережил огонь и остался без крова. В словаре В. И. Даля зафиксировано именно это значение — «погоревший, потерпевший от пожара».

Модель образования фамилии типична для русской ономастики: суффикс -ин указывает на принадлежность («чей?»), то есть Гарелина — «дочь или жена Гарели», а в мужском варианте Гарелин — «сын Гарели». Первоначально это было отчество от прозвища Горелый, которое со временем закрепилось как фамильное имя. Чередование гласных о/а в корне (Горелый → Гарелин) — результат аканья, свойственного южнорусским и среднерусским говорам, где безударное «о» произносится как «а».

Есть и альтернативная версия: фамилия могла возникнуть от названия населённого пункта — деревень с корнем Гарел-/Горел- в России немало. Однако прозвищная версия выглядит убедительнее: топонимы сами часто образованы от того же прозвища, а не наоборот.

Самый известный носитель фамилии — Яков Петрович Гарелин (1820–1890), иваново-вознесенский фабрикант и меценат. Он стоял у истоков мануфактурного дела в городе, который позже стал текстильной столицей России. В документах начала XX века упоминается и Гарелина Алексей Матвеевич, родившийся в 1894 году во Владимирской области, в селе Новониколаевское Меленковского района. Эти две ветви — купеческая и крестьянская — показывают, что фамилия не была закреплена за одним сословием: её носили и заводчики, и простые люди из владимирских деревень.