Фамилия Каракальчева — женская форма, а мужская — Каракальчев. В основе фамилии лежит прозвище или нецерковное имя Каракальч, которое, скорее всего, связано с тюркским словом «кара» — «чёрный». Вторая часть, «кальч» или «калч», может восходить к тюркскому «калча» — «нога» или «голень» (ср. каракалпаки — «чёрные шапки»). Таким образом, Каракальч — это «чёрная нога» или «черноногий». Такие прозвища давали за внешность: смуглую кожу, тёмные волосы или особую примету на ноге.

Суффикс -ев в окончании фамилии указывает на принадлежность: Каракальчев — сын Каракальча. Это типичная модель для русских фамилий, образованных от прозвищ, распространённая в южнорусских и казачьих регионах, где активно смешивались славянские и тюркские элементы. Встречаются однокоренные фамилии — Каракальчев, Каракальч, Каракальчук (с украинским суффиксом -ук, означающим «потомок»).

Интересная деталь: в отличие от более частых фамилий на -ов, здесь мы видим сочетание редкого тюркского корня с русским патронимическим суффиксом. Это говорит о том, что предок носителя фамилии жил в зоне активных контактов с тюркоязычными народами — например, на Дону, Кубани или в Поволжье. Фамилия недворянская, скорее всего, казачья или крестьянская.

Других версий происхождения, кроме тюркской, нет — попытки связать фамилию с греческим или славянским корнем натянуты и не подкреплены данными. Географически фамилия редкая, встречается в основном в Ростовской области и Краснодарском крае.