Фамилия Карачаев — одна из тех русских фамилий, чья основа уходит в тюркские языки. В её центре лежит прозвище Карачай, а сама фамилия построена по простой и распространённой модели: основа плюс типичный русский патронимический суффикс -ев. Он указывает на принадлежность («чей?»), то есть Карачаев — это буквально «сын Карачая» или «потомок Карачая».

Происхождение самого прозвища Карачай чаще всего связывают с двумя тюркскими корнями. Первый — «karaca» (от «kara» — чёрный, тёмный), что переводится как «темноволосый» или «смуглый». Такое прозвище могли дать человеку по внешнему признаку, выделявшемуся цветом волос или кожи. Второй возможный источник — слово «qaracy», которое имело несколько значений: «верный слуга», «наблюдатель» или «пехотинец». В этом случае прозвище отражало род занятий или социальное положение предка.

Обе версии имеют право на существование, но первая — внешностная — встречается в прозвищах чаще и выглядит более естественной для бытового именования. В любом случае, фамилия Карачаев не связана с известным тюркским народом карачаевцами, несмотря на внешнее сходство. Это омонимия: фамилия образована от личного прозвища, а не от этнонима. В русской ономастике такие случаи нередки, когда звучание совпадает, а корни разные.

Фамилия Карачаев встречается преимущественно в южных и центральных регионах России, что согласуется с зоной активных русско-тюркских контактов. Встречаются варианты написания с одной «а» — Карачев, но это уже другая фамилия, образованная от топонима или имени Карач.