Фамилия Карамергенова — редкий случай в русском ономастиконе, и её происхождение уходит корнями не в славянскую, а в тюркскую языковую среду. Основа фамилии сложная: первая часть «кара» в тюркских языках означает «чёрный» или «тёмный», а в переносном смысле — «сильный», «великий», «простой народ». Вторая часть «мерген» — это «меткий стрелок» или «охотник». В буквальном переводе Карамерген — «чёрный (или великий) стрелок». Вероятнее всего, так называли человека, который славился меткостью, либо это было прозвище, подчёркивающее его силу и умение владеть луком.

Фамилия образована по русской модели с суффиксом -ов- и окончанием -а, что типично для женского варианта. Мужская форма — Карамергенов. Такое оформление (тюркское имя + русский суффикс) характерно для фамилий, возникших в среде поволжских татар, башкир, казахов или народов Северного Кавказа, которые в XIX–XX веках входили в состав Российской империи. В этих регионах фамилии часто создавали, добавляя к прозвищу или имени отца русский патронимический суффикс.

В отличие от множества русских фамилий, восходящих к каноническим христианским именам, Карамергенова не имеет связи с церковными святцами. Это говорит о том, что предки носительницы фамилии, скорее всего, были мусульманами, а фамилия закрепилась в документах уже после перехода к оседлому образу жизни и паспортному учёту. Сословно предки могли быть как простыми охотниками или воинами, так и представителями кочевой знати, где прозвище «меткий стрелок» было почётным.

Стоит отметить, что фамилия эта очень редкая. В современных базах данных и телефонных справочниках России она встречается единично, что указывает на локальное происхождение — возможно, от одного конкретного рода в небольшом ауле или селе. Других версий, например, славянской этимологии, у этой фамилии нет: разложение на «кара» (кора) и «мерген» (нечто иное) лишено смысла, так что тюркский след здесь бесспорен.