Фамилия Каракалчу — один из тех редких случаев, когда географическая привязка и язык-источник просматриваются почти сразу, но точное значение остаётся открытым для спора. Основа фамилии тюркская: «кара» переводится как «чёрный», «тёмный», а «калча» или «калчу» в разных тюркских языках может означать «нога», «голень» или «штанина». Самая прямая версия — прозвище Каракалча, то есть «чёрная нога» или «человек в чёрных штанах». Такие прозвища на востоке давали либо по заметной внешней примете (тёмная кожа ног, родимое пятно), либо по привычной одежде.

Фамилия образована без русского патронимического суффикса, что нетипично для центральных регионов России. Окончание на -у выдает носителей, чьи предки попали в документацию уже в XIX–XX веках, когда фамилию записывали в тюркской форме без переделки на «-ов» или «-ев». Это характерно для гагаузов, караимов, крымских татар, а также для народов Северного Кавказа и Закавказья, где фамилии на -у, -оглу, -лы встречаются часто. Если убрать конечное -у, остаётся основа Каракалч — почти точное совпадение с топонимом Каракалча, названием села в Гагаузии (Молдова) и одноимённого села в Одесской области Украины.

Вероятнее всего, фамилия Каракалчу — это не прозвище, а указание на выходца из села Каракалча. В тюркской традиции названия населённых пунктов часто становились вторым именем для переселенцев, а в метриках XIX века их писали почти без изменений. В пользу этой версии говорит и то, что в тех же сёлах распространены фамилии с тем же корнем, но с разными окончаниями — Каракалчан, Каракалчев.

Менее убедительна попытка вывести фамилию от калмыцкого «калчу» (остаток, излишек) или от молдавского слова, так как в молдавском языке «калч» не имеет устойчивого значения. Если же считать основу чисто прозвищной, то «чёрная нога» могла относиться к пастуху, который ходил пешком по выжженной солнцем степи, или к человеку, носившему тёмные чулки — деталь, по которой его запомнили односельчане.

Фамилия очень редкая. В современных базах данных она встречается единично, в основном на юге Украины, в Молдове и среди потомков гагаузских переселенцев в России. Социальная история предков — скорее всего, крестьяне или казаки, жившие в приграничных степных районах, где тюркские и славянские языки смешивались веками.