Фамилия Карамуллин — один из тех случаев, когда этимология прозрачна, но за ней стоит целый пласт истории. Её основа — составное тюркское имя или прозвище «Карамулла». Первая часть, «кара», в тюркских языках многозначна: это и чёрный цвет, и «сильный», «могучий», а в некоторых контекстах — «простой», «народный». Вторая часть — «мулла» (от арабского «мауля» — господин, владыка; в исламской традиции — духовное лицо, знаток Корана). Сочетание «Карамулла» могло означать «чёрный мулла» (по цвету одежды или волос), «сильный/великий мулла» или, что правдоподобнее, «простой мулла» — то есть духовное лицо невысокого ранга, не учёный-богослов, а сельский священник.

Фамилия образована по русской модели с патронимическим суффиксом -ин, который в русском языке присоединяется к основам на -а/-я: Карамулла → сын Карамуллы → Карамуллин. Это указывает на то, что фамилия сложилась уже после вхождения тюркских народов в состав Российского государства, когда у них начали появляться фамилии по русскому образцу. В отличие от фамилий на -ов (от основ на согласный), модель на -ин для тюркских имён на гласный — естественна и распространена.

Географически фамилия Карамуллин встречается преимущественно среди татар и башкир, а также у некоторых других тюркских народов Поволжья и Приуралья. Это сужает круг поисков: предки носителя фамилии, скорее всего, были выходцами из этих регионов. Само имя Карамулла как личное имя фиксируется у татар ещё в XIX веке, что подтверждает его реальное бытование до фамильной стадии.

Версия о том, что «кара» могло означать «чёрный» в прямом смысле (например, прозвище по цвету лица или одежды), тоже имеет право на существование, но менее вероятна: в тюркской антропонимии «кара» чаще выступает как усилительная или социальная характеристика. Социальный контекст здесь важнее цветового: предок Карамуллиных, по всей видимости, был муллой — не обязательно высокопоставленным, но уважаемым в своей общине человеком, знающим грамоту и Коран. Фамилия, таким образом, несёт в себе память о роде занятий и социальном статусе основателя рода.