Фамилия Карафелов — редкий случай, когда в основе, скорее всего, лежит не славянское прозвище или имя, а тюркское слово, прошедшее через греческое посредство. Ключ к разгадке — корень «караф» (или «карафа»). В тюркских языках «кара» значит «чёрный», но в данном случае, вероятнее, что исходным было греческое «карафи» (καράφι) — «кувшин», «сосуд для воды». В южнорусских и украинских говорах «карафа» или «карафка» — это графин, стеклянная бутыль. Так могли прозвать мастера, делавшего такую посуду, — стеклодува или гончара, либо же торговца стеклянной утварью.

Суффикс «-елов» указывает на патронимическую модель: Карафелов — это сын Карафела. Сама фамилия образована по русской схеме от прозвища Карафел (человек, связанный с карафой), которое со временем закрепилось как фамильное имя. Форма на «-елов», а не на «-ов», встречается реже и могла возникнуть из-за мягкой основы (Карафел → Карафелев) или под влиянием местного произношения.

Географически фамилия тяготеет к югу России и Украине, где слово «карафа» было в ходу. Возможен и другой, более редкий путь: от тюркского личного имени Карафел (сложение «кара» — чёрный и «фел» — слон, но это спорно, так как имя «Чёрный слон» маловероятно для прозвища). Поэтому версия с ремеслом — основная.

Сословной принадлежности у фамилии нет: её могли получить и крестьяне, и мещане, и казаки. В документах XIX века Карафеловы встречаются в записях по Херсонской и Екатеринославской губерниям, что подтверждает южный след. Сейчас фамилия остаётся малочисленной, но её носители могут с уверенностью связывать род с ремесленной традицией изготовления стеклянной посуды.