Фамилия Карамырзаев — редкий пример того, как в одной основе встретились два разных восточных языка: древнетюркский и персидский. Первая часть, «кара», восходит к тюркскому прилагательному со значением «чёрный», но в именах оно чаще означало «грозный», «мощный» или «великий». Вторая часть — «мырза» — фонетический вариант персидского «мирза» («сын эмира», «белая кость», «представитель знатного рода»). Вместе именование Карамырза давало смысл «сильный господин» или «чёрный (то есть могущественный) князь».

Фамилия образована по стандартной русской модели: к основе Карамырза добавили патронимический суффикс -ев, который указывает на принадлежность («чей?» — Карамырзаев). Это значит, что предок носителя фамилии носил имя Карамырза, а его потомки унаследовали отчество, закрепившееся как фамилия. В отличие от многих тюркских фамилий с суффиксом -оглы («потомок, сын»), Карамырзаев адаптировался к русской грамматике, что типично для фамилий народов Поволжья, Кавказа и Средней Азии, вошедших в состав Российской империи.

Встречается фамилия преимущественно в среде кумыков, ногайцев и некоторых других тюркских народов Северного Кавказа. Там имя Карамырза было известно как личное, а в отдельных случаях — как прозвище для влиятельного или сурового человека. География бытования фамилии узкая, и это делает её хорошим маркером происхождения из определённого региона.

Интересная деталь: в старой записи фамилия могла писаться через «о» — Коромырзаев, что отражает акающее произношение в некоторых тюркских говорах. Однако в современных документах преобладает вариант с буквой «а» в первом слоге, который точнее передаёт тюркский корень.