Фамилия Карамбиров — редкая, и её происхождение напрямую связано с тюркскими языками. В основе лежит прозвище или имя Карамбир, где первая часть «кара» означает «чёрный» (в переносном смысле — «сильный», «грозный»), а вторая — «бир» — «дай» или «один». В целом имя можно перевести как «черный богатырь» или, по другой версии, «дай чёрную силу». Такие двухосновные имена (Карамырза, Карабай) были распространены у татар, башкир и других тюркских народов, а фамилия образована по русской модели: к основе добавили суффикс -ов, что типично для фамилий, возникших в среде крещёных татар или в смешанных регионах Поволжья и Приуралья.

Версия о связи с арабским словом «карам» (щедрость) маловероятна: в тюркских языках «кара» — самостоятельный корень с чётким значением, и сочетание «карам» в фамилиях встречается реже, чем «кара». Скорее всего, предок носителя фамилии получил прозвище за внешность (смуглый, черноволосый) или за суровый нрав, а при крещении это прозвище закрепилось как родовое имя.

Географически фамилия Карамбиров тяготеет к югу России — встречается в Краснодарском крае, Ростовской области и на Северном Кавказе, что косвенно подтверждает её тюркские корни: носители могли быть выходцами из астраханских или казанских татар, осевших на Кубани. Сословно это, скорее всего, бывшие государственные крестьяне или казаки, а не дворяне: фамилия не фиксируется в родословных книгах и не имеет аристократического суффикса -ский.

Ономастический словарь Б. Унбегауна не упоминает Карамбирова, но модель образования (тюркская основа + -ов) описана им как типичная для русских фамилий нерусского происхождения. Сравните с однокоренными Карабанов, Карамышев — все они образованы от схожих двухкомпонентных имён. Единственная особенность Карамбирова — редкое сочетание «мби» в середине, которое при произношении могло упрощаться до «мбы», что не меняет смысла.