Фамилия Карамханов — редкий пример сочетания тюркского имени с русским патронимическим суффиксом. Основа «Карамхан» восходит к двум компонентам: «карам» (в тюркских языках — «щедрость», «милость», «великодушие», арабское происхождение) и «хан» — титул правителя или военного вождя. Таким образом, имя Карамхан буквально означает «щедрый хан» или «милостивый правитель». Это не прозвище, а личное мусульманское имя, которое давали мальчикам с пожеланием благородства и широты души.

Словообразовательная модель типична для русских фамилий, возникших в среде татар, башкир, казахов и других тюркских народов, принявших православие или вошедших в состав Российской империи. Суффикс «-ов» превращает имя отца (Карамхан) в фамилию потомков — буквально «сын Карамхана». Встречаются варианты написания с одной «н» (Карамханов) и с удвоенной (Карамханнов), но исторически более устойчива форма с одним суффиксом, так как корень имени уже заканчивается на «н».

Географически фамилия тяготеет к регионам с компактным проживанием татар и ногайцев: Татарстан, Башкортостан, Оренбургская область, а также встречается у кумыков Дагестана. В дореволюционных метрических книгах Карамхановы фиксировались как среди крещёных татар (старокрещёны), так и среди мусульман, у которых фамилия закреплялась по русскому образцу позже, в XIX — начале XX века, при переписях и паспортизации.

Социальное происхождение носителей могло быть разным. Имя Карамхан не указывает на знатность, но и не является простонародным: «хан» в составе имени — скорее пожелание, а не указание на реальный титул. Среди Карамхановых встречались как крестьяне и ремесленники, так и купцы, особенно в волжско-уральском регионе. В советское время фамилия не утратила своего восточного звучания, что иногда приводило к её русификации или замене на более нейтральные варианты.

Редкость фамилии делает её интересной для ономастики: она не попала в массовые списки типовых татарских фамилий (типа Ахметов, Галеев), а сохранилась как локальный, семейный маркер. Если сравнить с однокоренными — Карамов, Караев, — то Карамханов выделяется именно двухкомпонентной основой, что роднит её с фамилиями вроде Бекмухаметов или Ханмурзин.