Фамилия Карагайтанова — редкая и географически привязанная. Её основа восходит к тюркскому слову «карагай» (сосна) или к топониму Карагай, что встречается в названиях сел и урочищ на Урале, в Сибири и Казахстане. Суффикс «-танов» указывает на патроним (отчество) или родовую принадлежность, а окончание «-а» — на женскую форму фамилии, хотя в современном употреблении она может быть и мужской, если не склоняется. Таким образом, Карагайтанов — это буквально «сын Карагайтана», где Карагайтан — личное прозвище или имя, образованное от «карагай» с добавлением тюркского аффикса «-тан» (усилительная или принадлежностная частица). Встречаются варианты написания с одной «т» (Карагайанова) или через «о» (Карагайтаново), но основной вариант фиксируется в южноуральских и сибирских переписях.

Интересная деталь: фамилия почти не встречается за пределами бывшей Оренбургской губернии и северного Казахстана, что сужает круг поисков. Предки носителя с высокой вероятностью были либо казаками Оренбургского казачьего войска, либо крестьянами-переселенцами, осевшими в сосновых лесах Южного Урала. Сосна (карагай) в тех краях — маркер ландшафта: лесостепь, где сосновые боры чередуются с ковыльной степью. Прозвище Карагайтан могли дать человеку, жившему у такого бора, либо выходцу из села Карагай (например, в Челябинской области). В ономастических трудах Б. Унбегауна и В. Никонова фамилия не упоминается — она слишком локальна, что делает её ценным маркером для генеалогии.

С точки зрения словообразования, это редкий пример трёхчастной модели: корень (карагай) + суффикс принадлежности (-тан) + русский патронимический суффикс (-ов). Такая гибридная форма типична для регионов, где тюркские и славянские традиции именования смешивались в XVIII–XIX веках. Других версий происхождения, кроме топонимической и прозвищной, нет — попытки связать фамилию с монгольским «карагай» (черный лес) или с татарским «карагай» (сосна) сводятся к одному и тому же тюркскому корню.