Фамилия Карабауов — редкий случай, когда тюркская основа сохранилась почти без изменений, а русский патронимический суффикс -ов лишь оформил её по модели русских фамилий. В центре фамилии лежит сложное слово «карабау», которое состоит из двух тюркских корней: «кара» — чёрный, тёмный, и «бау» — верёвка, путы, завязка. В буквальном смысле Карабау — «чёрная верёвка» или «тёмные путы».

Однако прозвище Карабау вряд ли было простым описанием цвета верёвки. Скорее всего, это метафорическое прозвище: так могли назвать человека, который занимался изготовлением или продажей кожаных ремней, сбруи, верёвок для скота — то есть мастера по упряжи. В казахской и башкирской среде ремесленники-шорники часто получали прозвища по материалу или изделию, а при переходе в русскую среду фамилия закрепилась через суффикс -ов, указывающий на принадлежность: «сын Карабау» — Карабауов.

Географически фамилия тяготеет к Оренбургской области, Башкортостану и западному Казахстану — регионам, где веками жили смешанные русско-тюркские общины. Встречаемость фамилии очень низкая, что говорит о её локальном происхождении: скорее всего, в основе лежит прозвище конкретного человека, а не массовое именование по роду занятий. Не исключено, что в отдельных говорах «карабау» могло означать не просто верёвку, а особый вид ременной петли для ловли лошадей — аркан, и тогда прозвище принадлежало табунщику или охотнику.

С точки зрения словообразования фамилия примечательна тем, что сохранила финальное -у в основе. В тюркских языках слово «бау» часто переходит в «бай» при адаптации (сравните Карабаев), но здесь форма осталась исходной — это редкий признак того, что фамилия фиксировалась прямо с тюркского произношения, без русификации корня.