Фамилия Карагеоз — редкий случай, когда прозвище перешло в наследственное имя почти без изменений, сохранив иноязычную основу и не обрастая русскими суффиксами. В основе лежит турецкое или греческое словосочетание «кара гёз» — «чёрный глаз». В тюркских языках «кара» означает не только цвет, но и нечто сильное, могучее, а «гёз» — глаз. Прозвище Карагёз на Балканах и в Малой Азии давали либо темноглазым людям, либо, что вероятнее, обладателям пронзительного, «сглаживающего» взгляда — в народной культуре такие люди считались обладателями особой силы.

Словообразовательная модель здесь проста: фамилия не получила типичного русского суффикса (-ов, -ин, -ский) и осталась в форме чистого прозвища. Это характерно для поздних переселенческих фамилий, которые фиксировали уже в метрических книгах так, как называли человека в быту. В Российской империи фамилия Карагеоз встречалась прежде всего среди греков и армян Причерноморья, а также у выходцев из Османской империи, осевших на Кубани и в Крыму. В греческой среде существует и вариант Карагёзис, с окончанием, типичным для греческих фамилий.

Любопытный поворот: в турецком театре теней главный герой носит имя Карагёз — он остроумный и дерзкий простак. Поэтому нельзя исключать, что прозвище могло закрепиться за человеком с живым, сатирическим складом ума или за актёром-кукольником. Однако для русского контекста эта версия менее вероятна: театр теней был явлением сугубо османским, и переселенцы в Россию редко брали прозвище по персонажу.

Документально фамилия фиксируется с середины XIX века в метрических книгах греческих церквей Мариуполя и Таганрога. Носители — в основном мещане и купцы, занимавшиеся торговлей с Турцией. После революции часть семей русифицировала фамилию, меняя её на Карагёзов или Черноглазов — по смыслу. Те, кто сохранил исходную форму, чаще всего принадлежат к старым греческим или армянским родам юга России.