Фамилия Карабалыков — редкая и морфологически прозрачная, но с неочевидной основой. Она образована по стандартной русской модели: к основе Карабалык прибавлен патронимический суффикс -ов, означающий «сын» или «потомок» человека по прозвищу Карабалык. Ударение, скорее всего, падает на третий слог: Караба́лыков.

Самое интересное — это корень. Слово «карабалык» не из русского языка. Скорее всего, это тюркское сложение: «кара» (чёрный, тёмный) и «балык» (рыба). В тюркских языках «кара балык» — это конкретная рыба: либо линь (за тёмную окраску), либо крупный сом. Прозвище Карабалык могли дать человеку по внешнему сходству: смуглому, черноволосому, либо с большой головой и широким ртом (как сом). В рыболовецких регионах Поволжья, Приуралья и Сибири такие прозвища были естественны.

Вторая, менее вероятная версия — от казахского или киргизского топонима Карабалык (название села или реки). Тогда фамилия означала бы выходца из этого места. Но для русской фамилии, зафиксированной в документах, первая версия — прозвищная — выглядит убедительнее: суффикс -ов чаще крепится к личным прозвищам, а не к географическим названиям.

Фамилия не входит в число распространённых. Её носители встречаются в Западной Сибири, на Южном Урале и в Казахстане — в зоне контакта русского и тюркского населения. Сословно предки могли быть крестьянами или казаками, получившими прозвище от соседей-татар, башкир или казахов. В метрических книгах XIX века фамилия могла писаться через «о» (Карабалыков) или с двойным «к» (Карабаллыков) — путаница типична для устных заимствований.

Единственная деталь, которая отличает эту фамилию от похожих (Карасёв, Щукин, Ершов) — не русская, а тюркская внутренняя форма. Она не называет рыбу прямо, а даёт описание: «чёрная рыба». Это ставит Карабалыкова в один ряд с фамилиями вроде Акчурин (от «ак» — белый) или Сарычев (от «сары» — жёлтый), где цветовой признак — часть прозвища.