Фамилия Карамазов получила широкую известность благодаря роману Достоевского, но писатель не выдумал её, а взял из реальной жизни. В основе фамилии лежит тюркское слово «кара» — чёрный, тёмный. Вторая часть, «маз», восходит к персидскому «маз» или тюркскому «маз/маз» со значением «смазывать», «натирать». Вместе это даёт прозвище Карамаз — «черномазый», то есть смуглый, темнокожий человек. В русских говорах так называли людей с очень тёмными волосами и кожей, а иногда и цыган.

Суффикс -ов указывает на типичную русскую модель образования фамилий от прозвищ или имён: Карамаз → Карамазов. Поскольку прозвище Карамаз было нецерковным, фамилия могла закрепиться в крестьянской или мещанской среде, где такие бытовые характеристики давали часто. Встречается она преимущественно в центральных и южных губерниях России, особенно в тех местах, где было заметно татарское или тюркское влияние, — например, в бывшей Тамбовской, Рязанской, Саратовской губерниях.

Интересно, что у Достоевского фамилия Карамазовых несёт дополнительный смысловой оттенок: «кара» как «наказание» (с тюркского) и «мазать» — намёк на грязь, греховность рода. Но это уже литературная игра, а в реальности прозвище Карамаз было просто описательным, без моральной окраски. Однокоренные фамилии — Карамаев, Карамышев, Каратаев — тоже связаны с тюркским корнем «кара» и обозначали тёмные черты внешности или характера.

Фамилия не относится к дворянским: в старых родословных книгах Карамазовы не значатся. Скорее всего, предки носителей этой фамилии были крестьянами или посадскими людьми, получившими прозвище за свой тёмный облик. Встречаются и варианты написания — Карамазов через «а», реже Карамазовъ с твёрдым знаком в дореволюционных записях.