Фамилия Карагозова — женская форма мужской фамилии Карагозов. Её основа восходит к тюркскому прозвищу или имени Карагоз, что в буквальном переводе означает «чёрный глаз» (от тюрк. «кара» — чёрный и «гоз/гёз» — глаз). В ономастике это типичный случай, когда внешняя примета — цвет глаз — становилась личным именем или прозвищем, а затем закреплялась в фамилии.

Словообразовательная модель здесь прозрачна: суффикс -ов/-ев, самый распространённый в русских фамилиях, присоединился к основе Карагоз. Такие фамилии обычно возникали в среде, где тюркские языки соседствовали с русским: в Поволжье, на Урале, в Сибири или в южнорусских степях. Носитель прозвища Карагоз мог быть черноглазым человеком, но не исключено, что прозвище имело и переносный смысл — «зоркий», «проницательный», «видящий суть».

В отличие от многих фамилий, образованных от крестильных имён, Карагозовы не привязаны к определённому сословию. В XIX веке такую фамилию могли носить и крестьяне, и казаки, и мещане — там, где тюркские имена были привычны. Ударение в фамилии падает на последний слог: Караго́зов, хотя в разговорной речи встречается вариант с ударением на второй слог — это зависит от местного говора.

Редкость фамилии в том, что она не получила широкого распространения за пределами регионов с тюркским населением. В центральной России Карагозовы встречаются редко, и это сразу указывает на вероятный южный или восточный след предков. Если искать параллели, то однокоренные фамилии — Карагёзов, Карагозин, Карагёз — бытуют у народов Кавказа и Средней Азии, но с русским суффиксом -ов фамилия закрепилась именно в русскоязычной среде.