Фамилия Гарелова — женская форма фамилии Гарелов, и её разговорный вариант Гарелов может ввести в заблуждение: на слух она почти неотличима от Горелова, но корни у них разные. Основа здесь — не «горе», а тюркское или арабское имя, что сразу выделяет фамилию из ряда «печальных» русских прозвищ.

Мужская фамилия Гарелов образована от имени Гарей (Гареи). Это одна из форм тюркского имени Гарай (Гирей), которое в переводе с арабского значит «достойный», «уважаемый», «сильный». У татар, башкир и других народов Поволжья имя Гарей было широко распространено, а русские суффиксы -ов/-ев присоединялись к нему в ходе христианизации и ассимиляции, когда инородное имя превращалось в фамилию по отцу: «чей? — сын Гарея, Гарелов». Встречается и версия, что основа — диалектное «гаря» (грязь, топь), но она маловероятна: прозвище «Гаря» в русских говорах фиксируется редко и не дало массовой фамилии, в отличие от имени Гарей.

Географически фамилия Гарелов (и её женская форма) чаще всего встречается в Татарстане, Башкортостане, Оренбургской и Челябинской областях — регионах, где веками соседствовали русские и тюркские народы. В дореволюционных переписях Гареловы нередко числились крестьянами или мещанами, а в сословном отношении — государственными крестьянами, что типично для фамилий, образованных от тюркских имён в приволжских губерниях.

С точки зрения словообразования фамилия проста: суффикс -ов указывает на принадлежность («отцовский»), а основа Гарел- — это русская адаптация имени Гарей с заменой конечного -й на -л, что встречается в заимствованных именах (сравните: Бикбай → Бикбалов). Никаких редких суффиксов или сложных переходов тут нет — это чистая патронимическая модель, характерная для второй половины XIX века, когда фамилии массово закреплялись за нерусским населением.