Фамилия Карабельщиков происходит от прозвища Карабельщик. В его основе — слово «корабельщик», которое в старину означало владельца или начальника корабля. А. С. Пушкин в «Сказке о царе Салтане» называл корабельщиками купцов-мореходов, объехавших весь свет. Так что прозвище прямо указывало на род занятий и положение предка: судовладелец, капитан или зажиточный торговец, водивший корабли.

Написание через «а» — Карабельщик, а не Корабельщик — объясняется влиянием «акающих» говоров. В таких диалектах безударное «о» произносили как «а», и это произношение закрепилось на письме, став основой фамилии.

Словообразовательная модель проста: к основе Карабельщик добавили типичный русский суффикс -ов, указывающий на принадлежность («чей?» — Карабельщиков). Так фамилия отвечала на вопрос «чей сын?», то есть «сын Карабельщика». Это одна из самых распространённых моделей русских фамилий, особенно среди крестьян и посадских людей.

Фамилия довольно редкая и встречается в основном в центральных и северных регионах России, где были развиты речное и морское судоходство. Встречаются однокоренные варианты: Корабельщиков (с «о»), Корабельников, Карабельников. Все они восходят к одному ремеслу, но суффикс -щик в основе Карабельщиков точнее указывает на человека, непосредственно связанного с кораблём, а не просто с изготовлением лодок (как в случае с фамилией Корабельников).