Фамилия Карамазина — женская форма мужской фамилии Карамазин, и её происхождение напрямую связано с прозвищем или именем Карамаз. В основе лежит тюркское слово «кара» — «чёрный», а вторая часть восходит либо к «маз» (жир, мазь, смазка), либо к «мазать» в значении «пачкать». Таким образом, Карамазом в русских говорах могли прозвать человека с очень тёмной кожей, черноволосого, либо того, кто постоянно пачкался в саже или грязи — например, кузнеца или трубочиста. Есть и более прозаичная версия: в некоторых диалектах «карамаз» означало «обжора» или «неряха», что тоже могло стать основой для уличного прозвища.

Фамилия образована по стандартной русской модели с суффиксом -ин, который указывает на принадлежность: «чей?» — Карамазин, то есть сын или потомок Карамаза. Окончание -а в женском варианте — простое грамматическое согласование. Эта модель типична для фамилий, возникших в среде крестьян и посадских людей, реже — среди духовенства. Дворянских родов с такой фамилией не зафиксировано: Карамазины — это, скорее всего, потомки вольных или крепостных крестьян центральной России и Поволжья, где тюркские заимствования в прозвищах были обычным делом из-за соседства с татарами и башкирами.

Особенность фамилии — её относительная редкость и почти полное отсутствие в старых боярских списках. В отличие от более частых Карамазовых (которых прославил Достоевский), Карамазины встречаются в документах XIX века в основном в Симбирской, Казанской и Пензенской губерниях. Важно не путать её с фамилией Карамзин, которая происходит от татарского имени Карамза («чёрная душа») и имеет другую историю. Карамазина — это более «ремесленная» и бытовая фамилия, без литературного ореола, но с чёткой привязкой к внешности или занятию предка.