Фамилия Каралиова — редкий пример, где на первый план выходит не корень, а суффикс. Окончание «-ова» указывает, что перед нами женская форма фамилии. Мужской вариант — Каралиов. Такое окончание типично для болгарских, сербских, македонских и некоторых других южнославянских фамилий, где женская форма образуется прибавлением «-а» к мужской основе. В русской традиции женские фамилии на «-ова» тоже распространены, но здесь мы имеем дело с южнославянским следом: в Болгарии и соседних странах фамилии на «-ов» носят и мужчины, и женщины, но у женщин к основе добавляется «-а».

Основа «Карали-» восходит к личному имени Каралий или прозвищу Каралия. Вероятнее всего, корень — тюркского происхождения, от слова «кара» — «чёрный». В сочетании с суффиксом «-ли» (тюркский аффикс обладания, как в словах «аксакал» — «белобородый») имя Карали могло означать «чернявый», «смуглый», «чёрный как смоль». В балканских языках такие прозвища давали по внешности: человек с тёмными волосами или кожей. Менее вероятна, но возможна связь с греческим именем Каралис (Καράλης), которое встречается у греков Понта и Малой Азии, но в славянской среде это скорее исключение.

С точки зрения словообразования, фамилия Каралиов (и её женская форма) образована по модели «прозвище/имя + -ов». Это патронимическая модель, то есть «сын Каралия» или «потомок Каралия». В Болгарии, например, фамилии на «-ов» стали массово фиксироваться в XIX веке после освобождения от османского владычества, когда крестьяне и горожане получили право на фамилии. Так что предки носителей фамилии Каралиова могли быть крестьянами или ремесленниками из балканских регионов, где тюркское влияние было сильным.

Географически фамилия Каралиова (и Каралиов) встречается в основном в Болгарии, а также среди болгарских диаспор на Украине (в Одесской области) и в Молдове. В России она редка, но если встречается, то, скорее всего, у потомков болгарских переселенцев XIX века, которые осваивали земли Новороссии. В архивах можно найти записи о болгарах-огородниках или скотоводах с такой фамилией.

Поскольку фамилия не имеет массового распространения, её носители — это, как правило, люди, сохранившие связь с южнославянскими корнями. Никаких громких исторических личностей с этой фамилией не зафиксировано, что типично для многих крестьянских фамилий, которые не попали в дворянские родословные книги.