Фамилия Карамчакова образована от личного имени Карамчак. В его основе лежит арабское имя Карам, которое переводится как «щедрость», «великодушие» или «святость». Уменьшительно-ласкательный суффикс -чак в тюркских языках — распространённый способ смягчить имя, придать ему ласковый оттенок или обозначить младшего члена семьи. Так, Карамчак — это, скорее всего, «маленький Карам» или «Карам, которого ласково называют».

Фамилия закрепилась в патронимической форме: потомка человека по имени Карамчак стали записывать как Карамчакова. По модели образования это типичная русская фамилия на -ов/-ев, но с тюркским корнем и арабским заимствованием в основе. Такое сочетание — частый случай в Поволжье, на Урале и в Сибири, где русская административная система фиксировала имена местных народов.

Географически фамилия наиболее характерна для хакасов — тюркского народа Южной Сибири. Это подтверждает и самый известный носитель фамилии — хакасский борец вольного стиля Сергей Захарович Карамчаков. В Хакасии фамилия встречается и в мужском варианте Карамчаков, и в женском Карамчакова.

Словообразовательная цепочка выглядит так: арабское карам → тюркское Карамчак → русская фамилия Карамчаков/Карамчакова. Ударение в исходном имени, скорее всего, падает на последний слог (Карамча́к), поэтому в фамилии оно также стоит на последнем слоге.

Других версий происхождения, например от прозвища или названия ремесла, для этой фамилии нет. Корень карам- в тюркских языках может означать и «чёрный» (ср. кара), но в данном случае арабская этимология выглядит убедительнее благодаря суффиксу -чак, который редко присоединяется к цветообозначениям, зато типичен для имён от абстрактных понятий.