Фамилия Карамырзаева — один из примеров того, как восточное имя-прозвище превратилось в русскую фамилию с помощью патронимического суффикса -ев. Основа здесь — личное именование Карамырза. Оно составное и восходит к двум языковым пластам. Первая часть, «кара», — древнетюркское прилагательное, которое могло означать «черный», а в переносном смысле — «грозный», «мощный» или «сильный». Вторая часть — это фонетический вариант персидского слова «мирза» (от «эмир-заде»), то есть «сын эмира», «представитель знатного рода» или, по-старому, «белая кость». Соединив части, получаем прозвище-титул вроде «сильный господин» или «черный мирза» (где «черный» могло указывать на смуглость, а могло и на старшинство или могущество).

Словообразовательная модель здесь простая: к основе Карамырза добавили русский суффикс принадлежности -ев (фонетический вариант -ов после мягкого согласного). Так в русской среде закрепилось обозначение «потомок Карамырзы». В отличие от многих тюркских фамилий, которые сохраняют показатель -оглы/-заде («сын»), Карамырзаевы получили чисто русское окончание, что указывает на длительное проживание рода в русскоязычной среде, вероятнее всего, на Северном Кавказе или в Закавказье, где такие гибридные формы были обычны после вхождения территорий в состав Российской империи.

Фамилия редкая и несёт в себе явный след социального статуса предка: её основатель, по всей видимости, принадлежал к местной знати или военной верхушке. Ударение в фамилии, скорее всего, падает на последний слог: Карамырза́ева.