Фамилия Карамчеков — редкая и по-своему загадочная. Её основа, «Карамчак» или «Карамчек», не встречается в современных словарях личных имён, поэтому ключ к разгадке лежит в тюркских языках. Первая часть, «кара», с тюркского означает «чёрный» — один из самых распространённых компонентов в тюркских прозвищах и фамилиях (сравните Караев, Карамышев). А вот вторая часть сложнее. Вероятнее всего, «мчек» или «мчак» — это искажённое «мючек» (кулак) или «мачак» (кошка). В таком случае Карамчек — это прозвище «Чёрный кулак» (сильный, сжатый человек) или «Чёрная кошка» (возможно, за цвет волос или повадки). Обе версии правдоподобны, но первая выглядит более типичной для прозвищ, характеризующих физическую силу.

Модель образования фамилии типична для южнорусских и казачьих регионов. Суффикс -ов указывает на принадлежность: Карамчеков — сын Карамчека. В среде донских, кубанских или терских казаков, где тюркские заимствования были повседневностью, такое прозвище могло закрепиться за человеком из местных народов (ногайцев, татар, черкесов) либо за русским, получившим его за смуглую кожу или тёмные волосы. Фамилия почти не встречается в центральных русских губерниях — её география тяготеет к Северному Кавказу и Нижнему Поволжью.

Любопытно, что в фамилии сохранился редкий для русской ономастики звуковой комплекс «мч», который в процессе адаптации мог упроститься (например, в Карачаков или Карачев). То, что этого не произошло, говорит о сравнительно позднем оформлении фамилии (вероятно, не раньше XVIII века) и о сильном влиянии живой тюркской речи на момент её фиксации. Носители фамилии Карамчеков, скорее всего, происходят из служилых людей по охране южных границ или из крестьян, переселившихся в степи. Точных данных о сословной принадлежности нет, но модель на -ов почти всегда указывает на непривилегированное происхождение — крестьян или однодворцев.