Фамилия Караханова — составная, восточного происхождения. Её основа — тюркское словосочетание «кара хан», где «кара» означает «чёрный», «тёмный», а «хан» — титул верховного правителя или вождя племени, распространённый у тюркских и монгольских народов. Сложносоставные фамилии такого типа встречаются реже, чем одноосновные, и обычно указывают на прозвище или почётное именование предка.

Вероятнее всего, основатель рода Карахановых получил прозвание Кара-хан — не в буквальном смысле «чёрный хан», а как устойчивое именование, которое могло означать «великий хан», «могучий правитель» (в тюркской символике чёрный цвет часто ассоциировался с силой и мощью) или, напротив, указывать на смуглый цвет кожи либо тёмные волосы человека, носившего это прозвище. В любом случае, прозвание подразумевало авторитет и уважение в обществе.

Суффикс -ов в фамилии Караханова — стандартный русский патронимический формант, указывающий на принадлежность: «сын Карахана» или «из рода Карахановых». Фамилия закрепилась в русском именослове в женской форме, но её мужской вариант — Караханов.

Точное место и время возникновения фамилии установить сложно: процесс оформления тюркских прозвищ в наследственные фамилии шёл неравномерно, часто через несколько поколений после вхождения в состав Российской империи. Окончательно прояснить историю конкретной ветви Карахановых могут только генеалогические исследования в архивах.