Фамилия Карабулова — женская форма, а её мужской вариант Карабулов происходит от прозвища или имени, в основе которого лежит тюркское слово «карабула» (или «карабул»). В большинстве тюркских языков «кара» означает «чёрный», а «була» — «туча», «облако». Таким образом, Карабул — это «чёрная туча». Прозвище могли дать человеку за смуглую кожу, мрачный нрав или как пожелательное имя-оберег: считалось, что, назвав ребёнка «тучей», его защитят от сглаза.

Модель образования фамилии — типичная для русской ономастики: к основе Карабул добавили патронимический суффикс -ов, указывающий на принадлежность («чей?» — Карабулов, то есть сын Карабула). Такая схема массово закрепилась за нерусскими по происхождению фамилиями в XVI–XVII веках, когда татары, башкиры, ногайцы и другие народы переходили на русскую службу и получали фамилии по отцу.

Географически фамилия Карабулов встречается в регионах с сильным тюркским субстратом: в Поволжье (Татарстан, Башкортостан, Оренбургская область), на Северном Кавказе и в Западной Сибири. Среди однокоренных — Карабулин, Карабулатов, а также топоним Карабулак (посёлок в Ингушетии и река в Казахстане). Связь с топонимом возможна, но менее вероятна: фамилия чаще образована от личного прозвища, чем от названия места.

В дворянских родословных книгах Карабуловы не числятся — фамилия характерна для крестьянского и казачьего сословия. Известно, что в XIX веке Карабуловы записаны среди оренбургских казаков и государственных крестьян Симбирской губернии.