Фамилия Карамурзина — женская форма фамилии Карамурзин, и её происхождение прозрачно, хотя и ведет к двум разным корням. Основа фамилии — сложное имя или прозвище Карамурза, которое состоит из двух тюркских слов: «кара» (черный) и «мурза» (князь, знатный человек, господин). В тюркских языках «кара» нередко означает не только цвет, но и «сильный», «великий», «простой народный» (в противоположность «ак» — белому, благородному). Поэтому Карамурза — это либо «черный князь» (по цвету волос или одежды), либо «великий господин», либо, что более вероятно для прозвищ, «простой мурза» — то есть человек знатного происхождения, но не из высшей аристократии, или же мурза, служивший простым воином.

Модель образования типична для русских фамилий: к основе Карамурз- добавился патронимический суффикс -ин, который указывает на принадлежность к роду: «чей?» — Карамурзин, то есть потомок Карамурзы. Суффикс -ин в русской традиции присоединялся к основам на -а/-я, что и произошло. Фамилия могла возникнуть в среде татарской или башкирской знати, которая после присоединения Казанского и Астраханского ханств переходила на русскую службу и получала поместья. Таких «выезжих» мурз и князей в XVI–XVII веках записывали в русские документы, и их потомки нередко сохраняли тюркскую основу фамилии.

Географически фамилия Карамурзины встречается преимущественно в Поволжье и на Урале — в Татарстане, Башкортостане, Оренбургской области. Это зона расселения тюркских народов, где подобные составные имена были обычны. Встречается и в казачьей среде: донские и уральские казаки нередко носили фамилии тюркского происхождения, что говорит о смешанных браках или службе бывших ордынцев.

Спорных версий здесь немного, но стоит упомянуть, что «кара» в некоторых тюркских диалектах могло означать «земляной» или «низкий», что придавало прозвищу уничижительный оттенок. Однако в контексте фамилии, закрепившейся за родом, это маловероятно: вряд ли прозвище «грязный князь» стало бы родовым именем. Правдоподобнее версия о «черном» как простонародном или служилом мурзе.

Фамилия нередко писалась с вариациями: Карамурзин, Кара-Мурзин, а в дореволюционных документах могла передаваться через «ъ» (Карамурзинъ). Женская форма Карамурзина образовалась стандартно, как и у всех фамилий на -ин.